Механика
Груз на пружине
Проследите, как груз колеблется вверх-вниз в простом гармоническом движении.
Груз на пружине — интерактивная симуляция (Механика). Проследите, как груз колеблется вверх-вниз в простом гармоническом движении. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Колебания пружины
Груз на пружине колеблется, потому что пружина создаёт возвращающую силу, пропорциональную смещению (закон Гука).
При растяжении или сжатии пружина тянет груз назад к равновесию. Энергия перекачивается между потенциальной энергией пружины и кинетической, создавая простое гармоническое движение.
- F = −kx
- T ≈ 2π√(m/k)
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Если удвоить массу, висящую на пружине, удвоится ли период колебаний?
Прогнозы для взвешивания
- Период удваивается.
- Период остаётся прежним.
- Период растёт, но меньше чем вдвое.
Роли переменных
Что вы задали:
- Масса (kg)
- Жёсткость пружины (N/m)
Что вы измеряете:
- Период (s)
- Равновесное удлинение (m)
Как идёт исследование
- Откройте пресет «Груз на пружине» в модуле механики. Шар (груз) висит на пружине, закреплённой сверху.
- Обратите внимание на уже прикреплённый к грузу датчик скорости — он сообщает мгновенную скорость груза при колебаниях.
- Для каждой строки задайте массу груза и жёсткость пружины, слегка оттяните груз вниз, отпустите и дайте ему колебаться и успокоиться.
Определяющее уравнение
Период пружины (ПГД) — T = 2π·√(m / k)
Для груза, колеблющегося на идеальной пружине, период зависит только от массы и жёсткости пружины — не от амплитуды и не от гравитации.
Кинетическая энергия в равновесии — KE = ½·m·v²
Скорость груза максимальна при прохождении точки равновесия; считайте этот пик с датчика, чтобы найти кинетическую энергию там.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Используя T = 2π√(m/k), вычислите период для каждой строки и сравните со значением, которое вы засекли в песочнице.
- У строк 1 и 3 массы в отношении 1:4. Во сколько раз изменился период? Совпадает ли это с √4 = 2?
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Если увеличить жёсткость пружины k вместо массы, период вырастет или уменьшится? Набросайте ожидаемую тенденцию.
- Грузик под действием гравитации заметно висит ниже (растяжение равновесия = mg/k), однако g не входит в T = 2π√(m/k). Объясните, почему период не зависит от гравитации, хотя положение равновесия — зависит.
- 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
- Добро пожаловать к грузу на пружине
- Выберите груз
- Нажмите Play
- Вверх и вниз
- Откройте данные
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →