Khối lượng của lò xo: Chuyển động điều hòa đơn giản
1 · Dự đoán
Nếu bạn tăng gấp đôi khối lượng của lò xo thì chu kỳ dao động có tăng gấp đôi không?
- Chu kỳ tăng gấp đôi.
- Thời gian vẫn giữ nguyên.
- Thời gian tăng lên, nhưng ít hơn gấp đôi.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt sẵn Khối lượng trên lò xo trong mô-đun Cơ học. Một quả bóng (quả bóng) treo vào một lò xo neo phía trên nó.
- Lưu ý rằng đầu dò tốc độ đã được gắn vào quả lắc - nó báo cáo tốc độ tức thời của quả lắc khi nó dao động.
- Đối với mỗi hàng, đặt khối lượng của quả lắc và độ cứng của lò xo, kéo nhẹ quả lắc xuống, thả nó ra và để nó dao động rồi lắng xuống.
3 · Thu thập dữ liệu
| Thánh lễ (kg) | Hằng số mùa xuân (N/m) | Thời kỳ (s) | Mở rộng cân bằng (m) |
|---|---|---|---|
| 0.50 | 30.00 | ||
| 1.00 | 30.00 | ||
| 2.00 | 30.00 |
Vẽ đồ thị chu kỳ T (s) theo khối lượng m (kg) của ba lần thử. Mối quan hệ có phải là một đường thẳng? Thay vào đó, hãy thử vẽ đồ thị T theo √m - bạn nhận thấy điều gì?
4 · Phân tích
- Sử dụng T = 2 π√(m/k), tính toán khoảng thời gian cho mỗi hàng và so sánh nó với giá trị bạn đã tính giờ trong hộp cát.
- Các hàng 1 và 3 có khối lượng theo tỷ lệ 1 : 4. Chu kỳ đó thay đổi bởi yếu tố nào? Cái đó có khớp với √4 = 2 không?
5 · Gia hạn
- Nếu bạn tăng hằng số lò xo k thay vì khối lượng thì chu kỳ sẽ tăng hay giảm? Phác thảo xu hướng mà bạn mong đợi.
- Quả lắc treo thấp hơn rõ ràng dưới tác dụng của trọng lực (phần mở rộng cân bằng = mg/k), nhưng trọng lực g không xuất hiện trong T = 2 π√(m/k). Giải thích tại sao chu kỳ không bị ảnh hưởng bởi trọng lực mặc dù vị trí cân bằng là như vậy.
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Thời kỳ mùa xuân (SHM)
Đối với một khối lượng dao động trên một lò xo lý tưởng, chu kỳ chỉ phụ thuộc vào khối lượng và hằng số lò xo - không phụ thuộc vào biên độ hay trọng lực.
Động năng ở trạng thái cân bằng
Vận tốc của quả lắc lớn nhất khi nó đi qua điểm cân bằng; đọc tốc độ cực đại đó ra khỏi đầu dò để tìm động năng của nó ở đó.