F1 - Kmity na pružině

doba kmitu, výchylka, síla, rychlost a zrychlení

Cíl

Demonstrovat závislost výchylky na čase, souvislost doby kmitu s tuhostí pružiny a hmotností závaží.

Pomůcky

• modul siloměr,
• modul voltmetr
• chemický stojan
• závaží s dlouhým hrotem, na konci odizolovaným
• vodní potenciometr se symetrickým zdrojem (typ a)

Provedení

V programu nastavíme celkový čas měření asi 10 s a vzorkovací frekvenci 100 Hz. Oživíme kanál A, ke kterému připojíme modul voltmetr a kanál B se siloměrem. Nastavíme automatický start bez opakování. Závaží upevnímu na pružinu a umístíme na stojan tak, aby hrot volně visícího závaží byl ponořen asi v polovině vzdálenosti mezi elektrodami potenciometru. V rovnovážné poloze (v klidu) se musí hrot volně visícího závaží nacházet v místě s nulovým potenciálem (případné úpravy provedeme posuvem elektrod či pružiny se závažím). Zároveň je třeba vynulovat siloměr tak, aby neregistroval vlastní tíhu závaží a pružiny, ale pouze elastickou sílu.

1. Závaží vychýlíme, necháme volně kmitat a odstartujeme měření. Sledujeme časovou závislost elastické síly (kanál B) a okamžité výchylky (kanál A).
2. Odečteme dobu kmitu a odhadneme tuhost pružiny.
3. Zaměníme závaží či pružiny a provádíme táž měření jako ve variantě a). Sledujeme, jak souvisí doba kmitu s hmotností závaží a tuhostí pružiny.
4. Vložíme průběh síly i výchylky do jednoho obrázku, provedeme Zoom a ukážeme fázový posuv síly a výchylky. Výchylku zderivujeme, tím získáme rychlost a rovněž ukazujeme fázové posuvy mezi těmito třemi veličinami.

Vysvětlení

Doba kmitu závaží na pružině souvisí s tuhostí pružiny a hmotností závaží podle vztahu: Tuhost pružiny můžeme odhadnout buď z tohoto vztahu nebo z rovnosti působících sil v rovnovážné poloze či ze vztahu:

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014