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胡克的法律和简谐运动

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胡克定律和简谐运动有助于了解与弹性的对象相关联的物理现象。

胡克定律暗示,以变形弹性物体,像弹弓,必须应用力,以克服该对象所施加的恢复力。此恢复力是弹性常数k的对象和位移 Δy但在相反方向的位移或施加的力的产物。

清楚地弹性对象存储能量,有可能要做的工作。工作完成后弹性物体受到振荡。如果我们绘制此振荡行为为对象的位置随时间,图表示简谐运动。

在这个视频中,我们将演示实验,那使用弹簧和权重,以验证胡克法和简谐运动背后的概念。

之前,现场演示春天的行为方式,让我们重温其振荡背后的概念。想象一下,到春天,就像重量,使它能够从其初始的非变形位置伸展,直到对方的恢复力最终平衡它和建立平衡力。

按照 Hookes 的法则,这种恢复力等于取决于弹性或材料变形,时代春天从其初始位置或 Δy位移刚度弹簧常数k 。

因此,知道 Δy和回顾的回复力是平等和与所施加的力,这是以牛顿的重量,可以测定的弹簧常数。此外,绘制中的 F 应用与 Δy给穿境而过的起源与边坡表示k线。

现在,春天在其平衡位置,如果你介绍一个外力和附加杠铃举到一定高度,你让春天获得一些弹性势能PE。这些潜在的能量,给出这一公式,其中k是弹簧常数和 Δy是从平衡位置的距离。

现在当你释放弹簧,它经历了称为简谐运动的周期运动。如果绘制的位置与时间关系图上,这项议案收益简谐运动的正弦波形。

用该公式表明, T k — — 弹性常数,成反比, m — — 直接成正比的大量重量附加给出T振荡周期。因此,质量越大,时间越长春会拿到完成一个工作循环的振荡。

如果这个系统是孤立-受外力,振荡将无限期地继续作为动力学和潜在的能量,柯和PE,将不断转换到另一个。但在现实世界中总是有一些导致阻尼的摩擦力,因此春天最终将陷于停顿。

现在你有一个关于支配弹簧振荡规律的想法,让我们看看如何在物理实验室中测试它们。这项实验由已知的弹簧常数、 站、 一套的重量与不同但已知的群众,一根米尺,秒表弹簧组成。

安全到坚实的地基,如表立场。春天的重视确保有足够的空间来拉伸弹簧不联系表的顶部的立场。

用米尺,注意非变形位置的春天,还是春天的底部与桌面之间的距离。请记下此米尺上的起始位置。

现在,开始与最小质量,计算和记录其引力的重量。重视春季和措施表示平衡位置和前面提到的起始位置的弹簧底部之间的距离。记录此位移值。

接下来,提高重量略从其加载的位置并释放它观察简谐运动。使用秒表,衡量振荡周期划分为多个期间的期数所需的时间。此过程重复三次,以获得一个平均的时期。由于期间不取决于振荡的幅值,这些值应该是一致的。

对于每个额外的重量,越来越多的大众,为了重复弹簧位移和振荡周期的测量和记录所有的读数。

使用从位移测量值,绘制重力重量作为位移距离的函数。不出所料的胡克定律,依赖关系是线性的直线的斜率给出了弹簧常数。比较这测量值与已知的弹簧恒值的k = 10 N/m 显示好地吻合在预期的这种类型的测量误差范围内。

现在计算潜在的能量为每个使用已知的弹簧常数和实测的位移的重量。给出了方程,势能与位移广场情节演示线性比例。

使用已知的弹簧常数,计算每个重量的振荡期。与测量时间的比较揭示了强有力的协议和确认的预期的关系;也就是说,期间是质量的平方根成正比。

几个日常事件中,可以看到一个弹性的对象产生变形时的恢复力。

车辆悬挂系统的现代组成的避震器,帮助尽量减少影响,当驾驶在崎岖的道路。避震器作为阻尼弹簧,吸收动能在影响,然后消散它。减少弹簧常数使旅行更平滑或 mushier 而增加它更好的处理的高性能车辆的首选。

另一个应用程序的这些概念将谐波振荡器-接受简谐运动和经验连续能量交换的系统。例如,机械时钟转换存储在成机械能,驱动齿轮和移动时钟的手扭簧的势能。另一个例子就是 LC 电路,展品之间的电势能,存储在电容器C和磁势能,存储在电感L中的振荡。这种振动发生在非常具体的期间,按此公式计算得出,使 LC 电路组成部分的许多电子设备。

你刚看了胡克法和简谐运动的朱庇特的简介。现在,您应该了解的概念弹性势能,恢复力,以及这种力量在简谐运动的结果。谢谢观赏 !

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