005. Mechanické kmitání/Kmitání mechanického ocsilátoru (kyvadlo)
Oblast dle RVP: Člověk a příroda
Obor: fyzika
Mezipředmětové vztahy: matematika
Klíčová slova: mechanický oscilátor, periodický pohyb, kmit, perioda, frekvence
Pomůcky: jednotka iTriangle online, IR senzor, bzučák, provázek
Zadání:
Ověřte závislost periody mechanických oscilátorů na jejich parametrech (délka zívěsu, hmotnost kyvadla).
Co je cílem:
Na základě experimentu ověřit u kyvadlového oscilátoru závislost periody kmitání na délce závěsu a hmotnosti závaží
Teorie:
Charakteristika kmitavého pohybu:
Pohybující se těleso při kmitavém pohybu zůstává stále v okolí určitého bodu, který nazýváme rovnovážná poloha. Jestliže těleso navíc pravidelně prochází rovnovážnou polohou, koná periodický kmitavý pohyb.
Příklady takových pohybů:
- těleso zavěšené na pružině
- tlukot našeho srdce
- struna hudebního nástroj
MECHANICKÝ OSCILÁTOR = zařízení, které volně (bez vnějšího působení) kmitá.
Známe dva základní typy mechanických oscilátorů:
1. ZÁVAŽÍ NA PRUŽINĚ
- příčina kmitání: síla pružnosti
- trajektorie: část přímky
2. KYVADLO
- příčina kmitání: tíhová síla
- trajektorie: část křivky (kružnice)
Základní charakteristika kmitavého pohybu:
je to pohyb nerovnoměrný (velikost okamžité rychlosti se mění)
je to pohyb periodicky se opakující
KMIT = periodicky se opakující část kmitavého pohybu
Kmitavý pohyb (kmit) charakterizují dvě veličiny:
PERIODA (T) = doba jednoho kmitu (jednotka: sekunda)
FREKVENCE (f) = počet kmitů za jednu sekundu (jednotka: s-1 = Hz ... Hertz)
platí: f = 1/T
Postup:
- Ze stavebních dílků iTriangle sestavíme měřící stojánek, na který připevníme jednotku iTriangle online, IR senzor a bzučák.
- Nahrajeme program do jednotky iTriangle online a spustíme jej.
- Zmáčkneme tlačítko.
- Vychýlením kyvadla z rovnovážné polohy jej uvedeme do kmitavého pohybu. Pomocí stopek měříme čas, za který vykoná oscilátor pět period. K automatické identifikaci počtu kmitů použijeme IR senzor, který při průchodu kyvadla v jeho blízkosti spustí bzučák a ozve se pípnutí. Výsledný čas zapíšeme do tabulky a přepočteme na jednu periodu.
Tímto způsobem měříme periodu pro různé proměnné, které jsou uvedeny v tabulkách.
Kyvadlový oscilátor – závislost na hmotnosti
|
Hmotnost (= počet kol) |
5 x Perioda (10 T / s ) |
1 x Perioda ( T / s) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pozn.: Měříme při určité délce závěsu
Kyvadlový oscilátor – závislost na délce závěsu:
|
Pozn.: Měříme se stejnou hmotností zavěšeného tělesa
Obrazovky programu a měření:
varinata s IR senzorem
Fotky z postupu úlohy
Sestavení měřící sestavy:
Připravíme si následující dílky: Vybereme z nich tuto část:
Skládáme podle fotonávodu:
Žádné komentáře