Mehānika
Svārsts
Vēro, kā svārsta lode paātrinās apakšā un apstājas katra šūpojuma augšgalā.
Svārsts — interaktīva Mehānika simulācija. Vēro, kā svārsta lode paātrinās apakšā un apstājas katra šūpojuma augšgalā. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Harmoniskās svārstības
Svārsts šūpojas turp un atpakaļ, jo gravitācija rada atjaunojošo spēku uz līdzsvara pusi. Mazos leņķos kustība ir aptuveni harmoniskās svārstības.
Kad lode ir novirzīta, gravitācijas sastādaļa gar loku velk to atpakaļ uz zemāko punktu. Šis atjaunojošais spēks liek lodei svārstīties — paātrinās apakšā, palēninās galējos punktos un atkārtojas regulārā ciklā.
- T ≈ 2π√(L/g) (mazos leņķos)
- Atjaunojošais spēks ∝ novirzei (mazs θ)
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
Ja tu dubulto svārsta garumu, kas notiek ar tā periodu? Vai smagākas lodes darīšana maina periodu vispār?
Prognozes, ko svērt
- Garākam svārstam ir garāks periods (šūpojas turp un atpakaļ lēnāk); masai nav ietekmes.
- Garākam svārstam ir īsāks periods (šūpojas turp un atpakaļ ātrāk).
- Smagāka lode šūpojas lēnāk, neatkarīgi no auklas garuma.
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Masa (kg)
- Auklas garums (m)
- Atlaišanas leņķis (°)
Ko tu mēri:
- Periods (s)
- Maksimālais ātrums (m/s)
Kā izpēte norit
- Atver svārsta eksperimentu mehānikas smilškastē.
- Pārliecinies, ka ātruma zonde uz lodes ir dzīva Matemātikas panelī — tu nolasīsi tās maksimālo vērtību katra šūpojuma apakšā.
- Katrai rindai iestati lodes masu, auklas garumu un atlaišanas leņķi no vertikāles, tad atlaid lodi un ļauj tai šūpoties.
Noteicošais vienādojums
Svārsta periods (mazie leņķi) — T = 2π·√(L / g)
Maziem atlaišanas leņķiem vienkārša svārsta periods atkarīgs tikai no tā garuma un gravitācijas — ne no lodes masas un ne no tā, cik tālu to atlaiž.
Gravitācijas potenciālā enerģija — PE = m·g·h
Augstums, ko lode nolaižas no atlaišanas punkta līdz šūpojuma apakšai, h = L(1 − cos θ₀), nosaka, cik daudz potenciālās enerģijas pārvēršas kinētiskajā — un tāpēc, cik ātri lode kustas apakšā.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Vienai rindai izrēķini lodes maksimālo ātrumu šūpojuma apakšā ar enerģijas saglabāšanos (½mv² = mgh, ar h = L(1 − cos θ₀)) un salīdzini ar savu dzīvo ātruma zondes rādījumu. Vai tie sakrīt?
- Palūkojies perioda kolonnā visās trijās rindās. Vai tā atkarīga no lodes masas? Izmanto formulu, lai izskaidrotu, kāpēc jā vai nē.
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- Perioda formula T = 2π√(L/g) pieņem mazus atlaišanas leņķus. Prognozē, kas notiek ar īsto periodu, atlaišanas leņķim augot pāri 30° — vai smilškastes izmērītais periods joprojām atbilstu formulai?
- Šūpojuma apakšā svārsts kustas ātrākais. Kur aizgāja tā sākotnējā gravitācijas potenciālā enerģija, un kāpēc kopsumma paliek (gandrīz) nemainīga pāri daudziem šūpojieniem?
- AP Physics 1 — Unit 7: Oscillations
- AP Physics C: Mechanics — Unit 7: Oscillations
- IB Physics — A.1 Kinematics
- IB Physics — C.1 Simple harmonic motion
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Stored (potential) energy
- Sveicināts svārsta eksperimentā
- Atlasīts lodi
- Nospied „Atskaņot”
- Turp un atpakaļ
- Atver datus
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →