Experimental determination of the frequency of vibrationsfrequency of vibrationsfrequency of vibrations, the period of the mathematical pendulummathematical pendulummathematical pendulum and the weight on the springspringspring.
- designs an experimental stand to determine the period of vibration of the mathematical pendulum and the weightweightweight on the springspringspring,
- performs simple physical measurements and analyses the obtained results.
Analysis of the dependence of the vibration periodvibration periodvibration period of a mathematical pendulum on the length l of the threadthreadthread.
Research hypothesis:
The period of vibration of the mathematical pendulum is proportional to .
Instruction:
1. Build a mathematical pendulum. You can use the following things.
Slideshow - what is needed to complete the experiment.
[Slideshow]
2. Determine the specified length l of the mathematical pendulum threadthreadthread.
3. Measure the time needed to complete n > 1 (for example n = 5) full vibration of the mathematical pendulum. It will be easier to read the right time if you use the video recording on your mobile phone.
4. Repeat steps 2 and 3 several times to eliminate the gross errorgross errorgross error.
5. Repeat the measurements for 15 different lengths of the mathematical pendulum between 20 cm and 200 cm.
1. For each measurement, determine the period of vibration.
2. Make a graph of the dependence between the vibration periodvibration periodvibration period T and the length l of the mathematical pendulummathematical pendulummathematical pendulum thread.
3. Based on the obtained graph, answer the question: Is the research hypothesis confirmed by the graph?
4. Present the possible sources of measurement uncertainty which occur during the experiment.
5. Compare the experimentally determined period with the theoretical formula:
where: T - vibration period [s], l - thread length [m], g - gravitational acceleration 10 .
Experiment 2
Investigation of the dependence between the vibrations period of the weightweightweight suspended on the springspringspring and the mass of the weight.
Research hypothesis:
The vibration periodvibration periodvibration period of the weight on the spring is proportional to .
1. Build a spring pendulum. To do this, hang a spring on the support standsupport standsupport stand and then attach various weights.
[Illustration 1]
2. Attach a weight of mass m on the spring.
3. Measure the time needed to complete n the full vibrations of the weightweightweight on the springspringspring.
4. Repeat steps 2 and 3 several times to eliminate the gross errorgross errorgross error.
5. Repeat the measurements for 10 different weight masses on the spring from 20 g to 500 g.
A suggested measurement table:
[Table 2]
Processing of the results:
1. For each measurement, determine the period of vibration.
2. Make a graph of the dependence between the vibration periodvibration periodvibration period T and the length l of the mathematical pendulummathematical pendulummathematical pendulum thread.
3. Based on the obtained graph, answer the question: Is the research hypothesis confirmed by the graph?
4. Present the possible sources of measurement uncertainty which occur during the experiment.
5. Compare the experimentally determined period with the theoretical formula:
where: T - vibration period [s], m - body weight [kg], k - spring elasticity coefficient .
You can determine the coefficient k using the dependence of the spring extension value on the mass of the weight suspended at the end of the spring:
where: F - force of gravity [N], k - spring elasticity coefficient , m - body weight [kg], g - gravitational acceleration 10 , x - displacement from the equilibrium position [m].
The conclusions from the measurements are following:
- the period of vibration of the mathematical pendulum depends on its length; - longer duration of vibration corresponds to a longer length of the mathematical pendulum; - when the length of the pendulum thread of the mathematical pendulum increases by n times, the period of vibration will increase , e.g. when the thread length is increased by four times, the vibration period will increase only two times.
The conclusions from the measurements are following:
- the period of vibrations of the weight on the spring depends on its mass; - greater mass corresponds to a higher value of the vibration period; - when the mass of weights increases four times, the period of vibration will increase twice (this effect is possible if the mass of the spring is much smaller than the mass of the weight suspended on it).
Both experiences clearly confirm the validity of theoretical formulas for the period of vibration of the mathematical pendulum and the weight on the spring.
The dependence of the period of vibration of the mathematical pendulum on its length is expressed by the formula:
where: T - vibration period [s], l - thread length [m], g - gravitational acceleration 10 .
The dependence of the period of vibration of the weight suspended on the spring from its mass is expressed by the formula:
where: T - vibration period [s], m - body weight [kg], k - spring elasticity coefficient .
Selected words and expressions used in the lesson plan
Podczas wykonywania pomiarów pamiętaj o tym, żeby amplituda drgań wahadła matematycznego nie była zbyt duża. Nie wychylaj nitki od pionu o więcej niż 20 stopni.
Prezentacja slajdów – co jest potrzebne do wykonania doświadczenia.
[Slideshow]
2. Ustal określoną długość nitki wahadła matematycznego l.
3. Zmierz czas potrzebny na wykonanie n pełnych drgań wahadła matematycznego. Odczytanie właściwego czasu będzie łatwiejsze jeżeli wykorzystasz nagranie wideo na swoim telefonie komórkowym.
4. Powtórz czynności 2 i 3 kilkakrotnie w celu wyeliminowania błędu grubego.
5. Powtórz pomiary dla 15 różnych długości nitki wahadła matematycznego od 20 cm do 200 cm.
Uwaga:
Podczas wykonywania pomiarów pamiętaj o tym, żeby amplituda drgań wahadła matematycznego nie była zbyt duża.
Proponowana tabela pomiarowa:
[Tabela 1]
Opracowanie wyników:
1. Dla każdego pomiaru wyznacz okres drgań.
2. Sporządź wykres zależności okresu drgań T od długości nitki wahadła matematycznego l.
3. Na podstawie otrzymanego wykresu odpowiedz na pytanie: Czy otrzymany wykres potwierdza hipotezę badawczą?
4. Przedstaw możliwe źródła błędów pomiarowych pojawiających się podczas doświadczenia.
5. Wyznaczoną doświadczalnie wartość okresu porównaj ze wzorem teoretycznym:
gdzie:
T - okres drgań [s],
l - długośc nitki [m],
g - przyspieszenie ziemskie [].
Eksperyment 2
Badanie zależności okresu drgań wahadła ciężarka na sprężynce od masy ciężarka m.
Hipoteza badawcza:
Okres drgań ciężarka na sprężynce jest proporcjonalny do .
1. Zbuduj wahadło sprężynowe. W tym celu na statywie zawieś sprężynę do której przyczepiał będziesz różne ciężarki.
[Ilustracja 1]
2. Na sprężynie zawieś ciężarek o masie m.
3. Zmierz czas potrzebny na wykonanie n > 1 (np. n = 5) pełnych drgań ciężarka na sprężynie.
4. Powtórz czynności 2 i 3 kilkakrotnie w celu wyeliminowania błędu grubego.
5. Powtórz pomiary dla 10 różnych mas ciężarka na sprężynie od 20 g do 500 g.
Proponowana tabela pomiarowa:
[Tabela 2]
Opracowanie wyników:
1. Dla każdego pomiaru wyznacz okres drgań.
2. Sporządź wykres zależności okresu drgań T od masy ciężarka zawieszonego na sprężynie m.
3. Na podstawie otrzymanego wykresu odpowiedz na pytanie: Czy otrzymany wykres potwierdza hipotezę badawczą?
4. Przedstaw możliwe źródła błędów pomiarowych pojawiających się podczas doświadczenia.
5. Wyznaczoną doświadczalnie wartość okresu porównaj ze wzorem teoretycznym:
gdzie:
T - okres drgań [s],
m - masa ciężarka [kg],
k - współczynnik sprężystości sprężyny [].
Współczynnik k możesz wyznaczyć wykorzystując zależność wartości wydłużenia sprężyny od masy ciężarka zawieszonego na jej końcu:
gdzie:
F - siła grawitacji [N],
k - współczynnik sprężystości sprężyny [],
m - masa ciężarka [kg],
g - przyspieszenie ziemskie 10 [],
x - wydłużenie sprężyny po zawieszeniu ciężarka [m].
mff10d7c099ed20f3_1528450119332_0
Wahadło matematyczne:
Pomiary jednoznacznie wskazują, że:
- okres drgań wahadła matematycznego zależy od jego długości; - większej długości nitki wahadła matematycznego odpowiada większy okres drgań; - gdy długość nitki wahadła matematycznego wahadła wzrośnie n razy to okres drgań wzrośnie , np. gdy długość nitki zwiększymy czterokrotnie, to okres drgań wzrośnie tylko dwa razy.
Ciężarek na sprężynie:
Pomiary wskazują, że:
- okres drgań ciężarka na sprężynie zależy od jego masy, - większej masie odpowiada większa wartość okresu drgań, - gdy masa ciężarków wzrośnie cztery razy, to okres drgań wzrośnie dwa razy (ten efekt jest możliwy do uzyskania, jeżeli masa sprężyny będzie znacznie mniejsza od masy zawieszonego na niej ciężarka).
Obydwa doświadczenia jednoznacznie potwierdzają słuszność wzorów teoretycznych na okres drgań wahadła matematycznego i ciężarka na sprężynie.
Zależność okresu drgań wahadła matematycznego od jego długości wyraża się wzorem:
gdzie:
T- okres drgań [s],
l - długość nitki [m],
g - przyspieszenie ziemskie 10 [].
Zależność okresu drgań ciężarka zawieszonego na sprężynie od jego masy wyraża się wzorem:
gdzie:
T- okres drgań [s],
m - masa ciężarka [kg],
k - współczynnik sprężystości sprężyny [].
frequency of vibrations1
frequency of vibrations
częstotliwość drgań
Ret3QpxGxC9Yq1
wymowa w języku angielskim: frequency of vibrations
wymowa w języku angielskim: frequency of vibrations