กลศาสตร์
มวลติดสปริง
ดูมวลแกว่งขึ้นลงแบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย
มวลติดสปริง — การจำลองกลศาสตร์แบบโต้ตอบ ดูมวลแกว่งขึ้นลงแบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
การสั่นของสปริง
มวลบนสปริงแกว่งเพราะสปริงออกแรงคืนตัวที่เป็นสัดส่วนกับการกระจัด (กฎของฮุก)
เมื่อยืดหรือหดสปริง สปริงจะดึงมวลกลับสู่จุดสมดุล พลังงานสลับไปมาระหว่างพลังงานศักย์สปริงและพลังงานจลน์ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย
- F = −kx
- T ≈ 2π√(m/k)
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ถ้าเพิ่มมวลที่แขวนบนสปริงเป็นสองเท่า คาบการแกว่งจะเพิ่มเป็นสองเท่าหรือไม่
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- คาบเพิ่มเป็นสองเท่า
- คาบคงเดิม
- คาบเพิ่มขึ้น แต่ไม่ถึงสองเท่า
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- มวล (kg)
- ค่าคงที่สปริง (N/m)
สิ่งที่คุณวัด:
- คาบ (s)
- การยืดที่จุดสมดุล (m)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ Mass-on-Spring ในโมดูลกลศาสตร์ ลูกบอล (ลูกตุ้ม) แขวนจากสปริงที่ยึดไว้ด้านบน
- สังเกตโพรบวัดอัตราเร็วที่ติดกับลูกตุ้มอยู่แล้ว — มันรายงานอัตราเร็วขณะนั้นของลูกตุ้มขณะแกว่ง
- สำหรับแต่ละแถว ตั้งมวลลูกตุ้มกับความตึงสปริง ดึงลูกตุ้มลงเล็กน้อย ปล่อย แล้วให้แกว่งและนิ่ง
สมการควบคุม
คาบสปริง (การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย) — T = 2π·√(m / k)
สำหรับมวลที่แกว่งบนสปริงอุดมคติ คาบขึ้นกับมวลและค่าคงที่สปริงเท่านั้น — ไม่ขึ้นกับแอมพลิจูดหรือความโน้มถ่วง
พลังงานจลน์ที่จุดสมดุล — KE = ½·m·v²
อัตราเร็วของลูกตุ้มสูงสุดขณะผ่านจุดสมดุล อ่านอัตราเร็วสูงสุดนั้นจากโพรบเพื่อหาพลังงานจลน์ที่ตรงนั้น
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- ใช้ T = 2π√(m/k) คำนวณคาบของแต่ละแถว แล้วเปรียบเทียบกับค่าที่คุณจับเวลาได้ในแซนด์บ็อกซ์
- แถว 1 และ 3 มีมวลอยู่ในอัตราส่วน 1:4 คาบเปลี่ยนไปกี่เท่า ตรงกับ √4 = 2 หรือไม่
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- ถ้าเพิ่มค่าคงที่สปริง k แทนมวล คาบจะเพิ่มหรือลด ร่างแนวโน้มที่คาดว่าจะได้
- ลูกตุ้มห้อยต่ำลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อมีแรงโน้มถ่วง (ความยาวเพิ่มที่สมดุล = mg/k) แต่ g กลับไม่ปรากฏใน T = 2π√(m/k) จงอธิบายว่าทำไมคาบจึงไม่ขึ้นกับแรงโน้มถ่วงแม้ตำแหน่งสมดุลจะขึ้นกับ
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ มวลบนสปริง
- เลือกลูกตุ้ม
- กดเล่น
- ขึ้นและลง
- เปิดดูข้อมูล
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ