Mechanika
Ciężarek na sprężynie
Obserwuj, jak ciężarek drga w górę i w dół w ruchu harmonicznym prostym.
Ciężarek na sprężynie — interaktywna symulacja: Mechanika. Obserwuj, jak ciężarek drga w górę i w dół w ruchu harmonicznym prostym. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Drgania sprężyny
Ciężarek na sprężynie drga, bo sprężyna wywiera siłę przywracającą proporcjonalną do przemieszczenia (prawo Hooke'a).
Gdy jest rozciągnięta lub ściśnięta, sprężyna ciągnie masę z powrotem ku równowadze. Energia wymienia się między potencjalną sprężyny a kinetyczną, dając drgania harmoniczne proste.
- F = −kx
- T ≈ 2π√(m/k)
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Jeśli podwoisz masę wiszącą na sprężynie, czy okres drgań się podwoi?
Prognozy do rozważenia
- Okres się podwaja.
- Okres pozostaje ten sam.
- Okres rośnie, ale mniej niż dwukrotnie.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Masa (kg)
- Stała sprężyny (N/m)
Co mierzysz:
- Okres (s)
- Wydłużenie równowagi (m)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset Ciężarek na sprężynie w module mechaniki. Kulka (ciężarek) wisi na sprężynie zakotwiczonej powyżej.
- Zauważ już podpiętą sondę prędkości na ciężarku — podaje chwilową prędkość ciężarka w trakcie drgań.
- Dla każdego wiersza ustaw masę ciężarka i sztywność sprężyny, ściągnij ciężarek lekko w dół, puść i pozwól mu drgać i się uspokajać.
Równanie rządzące
Okres sprężyny (drgania harmoniczne) — T = 2π·√(m / k)
Dla masy drgającej na idealnej sprężynie okres zależy tylko od masy i stałej sprężyny — nie od amplitudy ani grawitacji.
Energia kinetyczna w równowadze — KE = ½·m·v²
Prędkość ciężarka jest największa w chwili przejścia przez punkt równowagi; odczytaj tę szczytową prędkość z sondy, by znaleźć tam energię kinetyczną.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Używając T = 2π√(m/k), oblicz okres dla każdego wiersza i porównaj z wartością zmierzoną w piaskownicy.
- Wiersze 1 i 3 mają masy w stosunku 1:4. O ile zmienił się okres? Czy zgadza się to z √4 = 2?
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Gdybyś zwiększył stałą sprężyny k zamiast masy, okres wzrośnie czy zmaleje? Szkicuj oczekiwany trend.
- Ciężarek pod grawitacją wyraźnie wisi niżej (wydłużenie równowagi = mg/k), a jednak g nie występuje w T = 2π√(m/k). Wyjaśnij, dlaczego okres nie zależy od grawitacji, choć pozycja równowagi już tak.
- 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
- Witamy w ciężarku na sprężynie
- Zaznacz ciężarek
- Naciśnij Play
- Góra i dół
- Otwórz dane
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →