Doświadczalne badanie ruchu drgającego

Doświadczalne badanie ruchu drgającego
Celem doświadczenia jest zbadanie ruchu, jakim porusza się obciążnik o pewnej masie przyczepiony
do końca sprężyny, po jego wychyleniu z położenia równowagi i puszczeniu swobodnym.
Sposób przeprowadzenia doświadczenia
1. Ćwiczenie wykonują kolejno grupy trzyosobowe (taka grupa wykonuje wspólnie jedno sprawozdanie!).
2. Zawieście sprężynę na statywie i obciążcie ją obciążnikiem (obciążnikami) tak dobranym, aby wydłużyła
się o około 5÷6 cm.
3. Ustawcie tak linijkę (przymocowaną do statywu), aby na wysokości zera znajdował wybrany przez
wykonujących ćwiczenie punkt obciążnika (zaznaczcie go na obciążniku korektorem).
4. Umocujcie telefon komórkowy, który posłuży do sfilmowania ruchu obciążnika, w drugim ze statywów.
5. Wychylcie obciążnik z położenia równowagi (ciągnąc go w dół o około 3÷4 cm) i następnie zwolnijcie go.
6. Włącznie nagrywanie filmu w telefonie komórkowym. Zarejestrujcie drgania obciążnika w ciągu około
15÷20 sekund jego ruchu.
7. Zwiększcie dwukrotnie masę obciążnika (nie zmieniając sprężyny).
8. Powtórzcie czynności opisane w punktach 3÷6.
9. Zmieńcie sprężynę na inną i powtórzcie czynności opisane w punktach 3÷7.
Opracowanie zarejestrowanego ruchu
1. Filmy uzyskane w czasie pomiaru należy przegrać do dostępnego w domu komputera/laptopa.
2. Odtwórzcie w komputerze film klatka po klatce. Uwaga: duża część filmów nagranych telefonami
komórkowymi nagrywa filmy w formacie MOV. Można go odtworzyć na przykład za pomocą programu
Media Player Classic - Home Cinema. Można oczywiście skorzystać z innych programów, które
umożliwią przeglądanie filmu klatka po klatce.
3. Sprawdźcie ile klatek filmu zawiera się w ciągu jednej sekundy trwania filmu. W tym celu sprawdźcie
liczbę kliknięć (odpowiednim klawiszem) konieczną do zmiany wskazania licznika czasu o jedną
Doświadczalne badanie ruchu drgającego
Strona 1
sekundę. Jeżeli potrzeba było
kliknięć, to wartość maksymalnej niepewności bezwzględnej pomiaru
czasu przyjmij jako równą:
Uwaga: otrzymaną wartość niepewności zaokrąglijcie w górę do jednej cyfry znaczącej.
4. Zapiszcie w arkuszu kalkulacyjnym wartości położenia (ustalonego w punkcie 3 punktu obciążnika) w
chwilach odpowiadających kolejnym klatkom filmu. Z nakręconego filmu wybierzcie dowolny jego
fragment (ciągły!), w którym obciążnik przechodził 7 lub 9 razy przez położenie równowagi (punkt 0 na
linijce). Oznacza to, że uchwycicie 3 lub 4 pełne drgania. Przeskalujcie tak wartości czasu, aby
pierwsza odczytana wartość wychylenia obciążnika z położenia równowagi, odpowiadała chwili
.
5. Na podstawie sporządzonej tabeli, wykonajcie wykres (za pomocą odpowiednich narzędzi w arkuszu
kalkulacyjnym) zależności wychylenia z położenia równowagi od czasu, tzn. wykres zależności
. Zamieście tabelę i odpowiadający jej wykres w sprawozdaniu. Na jednym układzie
współrzędnych zamieście dwa wykresy odpowiadające pojedynczej sprężynie przy dwóch różnych
masach użytych obciążników. Oznacza to, że wykonać należy oddzielne wykresy dla każdej z dwóch
badanych sprężyn. Jeżeli potraficie, to wygenerujcie także odpowiednie wykresy z prostokątami
niepewności.
6. Odczytajcie ze sporządzonych wykresów:
a. wartość amplitudy drgań dla każdej ze sprężyn i każdej z mas obciążników - zapiszcie je w
sprawozdaniu.
b. Odczytajcie, oddzielnie dla każdego z przebiegów na wykresach, czas jednego pełnego drgania
czyli tzw. okres drgań. Określcie niepewność bezwzględną i względną procentową takiego
pomiaru. (patrz: podręcznik strona 8). Otrzymane wartości należy zamieścić w sprawozdaniu.
7. Udzielcie pisemnej odpowiedzi na następujące pytania:
a. Czy w przypadku każdej z badanych sprężyn i każdej z mas obciążników, okres drgań zależy od
masy tych obciążników?
b. Czy po zwiększeniu masy obciążników, dla danej sprężyny, okres ich drgań wzrósł czy zmalał?
c. Czy po zwiększeniu masy obciążników, dla danej sprężyny, częstotliwość ich drgań zmalała czy
wzrosła?
d. Ile czasu trwałoby, dla każdej z badanych sytuacji, wykonanie 10 pełnych drgań obciążników?
Doświadczalne badanie ruchu drgającego
Strona 2