E9 - Tlumené kmity II

kmity na pružině, elastická síla

Cíl

Ukázat průběh elastické síly v tlumeném lineárním oscilátoru (kmity na pružině).

Pomůcky

• silové čidlo
• pružina, závaží

Provedení

V programu nastavíme celkový čas měření 30 až 50 sekund a vzorkovací frekvenci 100 Hz. Oživíme pouze kanál A, ke kterému připojíme modul silové čidlo. Ponecháme standardní zobrazení, tedy časovou závislost.

1. Na háček pod plošinu zavěsíme pružinu se závažím. Potenciometrem nastavíme siloměr na 0 N. Poté pružinu rozkmitáme a na obrazovce sledujeme tlumené kmity kolem rovnovážné polohy, která odpovídá tíze pružiny se závažím.
2. Vyměníme závaží. Pozorujeme posuv rovnovážné polohy (hladiny, kolem které síla kmitá), ale průběh vlastních kmitů elastické síly se nezmění.
3. Pružinu se závažím rozkmitáme ve vodě. Pozorujeme výrazně rychlejší útlum, spojený s posuvem hladiny způsobeným vztlakovou silou.

Vysvětlení

Na silové čidlo působí tíha pružiny se závažím. V okamžiku, kdy je vychýlíme z rovnovážné polohy, začne působit i elastická síla, jejiž velikost a směr se mění s výchylkou pružiny podle vztahu Je zřejmé, že elastická síla nezávisí na hmotnosti závaží, pokud tuhost zůstává konstantní. Proti této síle působí odporová síla, která je při malých rychlostech úměrná rychlosti pohybu. Koeficient úměrnosti závisí na vlastnostech prostředí. Ve vodě je výrazně větší než ve vzduchu.

Poznámka:
Vlastní silové čidlo je mechanický systém, který vnáší do měření určitou chybu. Na frekvenci cca 40 Hz rezonuje. Pro přesná měření a odečty je zapotřebí s těmito jeho vlastnostmi počítat.

Stažení naměřeného experimentu:

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014