Koji se primjer improviziranog znanstvenog aparata koristi u fizici?
Materijali:
- Opruga
- Misa
- Ravnalo
- Štoperica
- Šalica vode
Upute:
1. Pričvrstite oprugu na masu.
2. Držite masu u ruci i rastegnite oprugu.
3. Pustiti masu i pustiti da oscilira.
4. Štopericom izmjerite vrijeme potrebno da masa napravi jedan potpuni titraj.
5. Ponovite korake 2-4 za različite duljine opruge.
6. Pomoću podataka izračunajte konstantu opruge.
7. Napunite šalicu vodom do pola. Stavite šalicu ispod mase pričvršćene na oprugu i zabilježite kako se period mijenja.
Opažanja:
Kako se opruga rasteže, masa se ubrzava u suprotnom smjeru od sile opruge. Kada se masa otpusti, ona oscilira naprijed-natrag oko ravnotežnog položaja. Period titranja je vrijeme potrebno da masa napravi jedan potpuni titraj.
Period titranja se povećava kako raste duljina opruge. To je zato što je opruga manje kruta kada je duža, pa je potrebno više vremena da se masa ubrza i uspori.
Kada se šalica s vodom stavi ispod mase, period oscilacije se smanjuje. To je zato što voda pruža otpor gibanju mase, što uzrokuje njeno usporavanje.
Izračuni:
Konstanta opruge može se izračunati pomoću sljedeće formule:
$$k =m(2\pi f)^2$$
Gdje:
- k je konstanta opruge u N/m
- m je masa u kg
- f je frekvencija u Hz
Frekvencija osciliranja može se izračunati pomoću sljedeće formule:
$$f =1/T$$
Gdje:
- f je frekvencija u Hz
- T je period titranja u s
U ovom primjeru masa je 0,1 kg, period titranja 1,0 s, a duljina opruge 0,5 m. Uključivanjem ovih vrijednosti u gornje formule dobivamo:
$$k =0,1(2\pi 1,0)^2 =0,63 N/m$$
Zaključak:
Ovaj jednostavan pokus pokazuje kako pomoću improviziranog aparata izmjeriti konstantu opruge i promatrati učinke različitih čimbenika na period oscilacije. Ovaj eksperiment se može koristiti za podučavanje učenika o konceptima jednostavnog harmonijskog gibanja i Hookeovog zakona.