Mehanika
Nihalo
Opazuj, kako teža nihala pospeši na dnu in se ustavi na vrhu vsakega zamaha.
Nihalo — interaktivna simulacija Mehanika. Opazuj, kako teža nihala pospeši na dnu in se ustavi na vrhu vsakega zamaha. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Preprosto harmonično gibanje
Nihalo niha tam in nazaj, ker težnost daje vračalno silo proti ravnovesju. Pri majhnih kotih je gibanje približno preprosto harmonično.
Ko je teža nihala odmaknjena, težnostna komponenta vzdolž loka vleče nazaj proti najnižji točki. Ta vračalna sila povzroča nihanje teže — pospešuje na dnu, upočasnjuje na obratih točkah in se ponavlja v pravilnem ciklu.
- T ≈ 2π√(L/g) (majhni koti)
- Vračalna sila ∝ odmik (majhen θ)
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Če podvojiš dolžino nihala, kaj se zgodi z njegovim nihajnim časom? Ali težja teža nihala sploh spremeni nihajni čas?
Predvidevanja za pretehtanje
- Daljše nihalo ima daljši nihajni čas (niha tam in nazaj počasneje); masa nima učinka.
- Daljše nihalo ima krajši nihajni čas (niha tam in nazaj hitreje).
- Težja teža niha počasneje, ne glede na dolžino vrvi.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Masa (kg)
- Dolžina vrvi (m)
- Kot izpusta (°)
Kaj izmeriš:
- Nihajni čas (s)
- Največja hitrost (m/s)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev Nihalo v peskovniku mehanike.
- Preveri, da je sonda hitrosti na teži živa v plošči Matematika — njen vrhovni odčitek boš bral na dnu vsakega zamaha.
- Za vsako vrstico nastavi maso teže, dolžino vrvi in kot izpusta od navpičnice, nato spusti težo in pusti jo nihati.
Vodilna enačba
Nihajni čas nihala (majhni koti) — T = 2π·√(L / g)
Pri majhnih kotih izpusta je nihajni čas preprostega nihala odvisen samo od njegove dolžine in težnosti — ne od mase teže niti od tega, kako daleč ga spustiš.
Gravitacijska potencialna energija — PE = m·g·h
Višina, za katero teža pade od točke izpusta do dna zamaha, h = L(1 − cos θ₀), določa, koliko potencialne energije se pretvori v kinetično — in torej kako hitro se teža giblje na dnu.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za eno vrstico izračunaj največjo hitrost teže na dnu zamaha z ohranitvijo energije (½mv² = mgh, s h = L(1 − cos θ₀)) in primerjaj z živim odčitkom sonde hitrosti. Se strinjata?
- Poglej stolpec nihajnega časa po vseh treh vrsticah. Ali je odvisen od mase teže? Z formulo razloži zakaj da ali ne.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Formula nihajnega časa T = 2π√(L/g) privzema majhne kote izpusta. Napovej, kaj se zgodi s pravim nihajnim časom, ko kot izpusta zraste čez 30° — ali bi merjeni nihajni čas peskovnika še vedno ustrezal formuli?
- Na dnu zamaha se nihalo giblje najhitreje. Kam je šla njegova začetna gravitacijska potencialna energija in zakaj skupna ostane (skoraj) konstantna čez mnogo zamahov?
- 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
- Dobrodošli v nihalu
- Izberi težo nihala
- Pritisni Predvajaj
- Tam in nazaj
- Odpri podatke
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →