Какой пример импровизированного научного аппарата используется в физике?

Материалы:

- Весна

- Масса

- Правитель

- Секундомер

- Чашка воды

Инструкции:

1. Прикрепите пружину к массе.

2. Возьмите массу в руку и растяните пружину.

3. Отпустите массу и позвольте ей колебаться.

4. С помощью секундомера измерьте время, за которое масса совершит одно полное колебание.

5. Повторите шаги 2–4 для пружин разной длины.

6. Используйте данные для расчета жесткости пружины.

7. Наполните чашку наполовину водой. Поместите чашку под массу, прикрепленную к пружине, и обратите внимание, как изменится период.

Наблюдения:

Когда пружина растягивается, масса ускоряется в направлении, противоположном силе пружины. Когда масса освобождается, она колеблется взад и вперед вокруг положения равновесия. Период колебаний – это время, за которое масса совершает одно полное колебание.

Период колебаний увеличивается с увеличением длины пружины. Это связано с тем, что пружина становится менее жесткой, когда она длиннее, поэтому массе требуется больше времени для ускорения и замедления.

Когда чашку с водой помещают под массу, период колебаний уменьшается. Это происходит потому, что вода оказывает сопротивление движению массы, что приводит к его замедлению.

Расчеты:

Жесткость пружины можно рассчитать по следующей формуле:

$$k =m(2\pi f)^2$$

Где:

- k — жесткость пружины в Н/м.

- m - масса в кг

- f – частота в Гц

Частоту колебаний можно рассчитать по следующей формуле:

$$f =1/T$$

Где:

- f – частота в Гц

- T - период колебаний в с

В данном примере масса 0,1 кг, период колебаний 1,0 с, длина пружины 0,5 м. Подставляя эти значения в приведенные выше формулы, мы получаем:

$$k =0,1(2\pi 1,0)^2 =0,63 Н/м$$

Вывод:

Этот простой эксперимент показывает, как использовать подручный прибор для измерения жесткости пружины и наблюдения за влиянием различных факторов на период колебаний. Этот эксперимент можно использовать для обучения студентов понятиям простого гармонического движения и закона Гука.