ΦΥΣΙΚΗ     Γ΄  ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4η
 

ΕΚΚΡΕΜΕΣ- ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ- ΚΥΜΑΤΑ
 

Στόχοι:

1. Η κατασκευή συστήματος απλών εκκρεμών και ταλαντωτή με ελατήριο-μάζα.

2. Η πειραματική απόδειξη των νόμων του απλού εκκρεμούς :
α) Οι ταλαντώσεις μικρού πλάτους είναι ισόχρονες ( ανεξάρτητες του πλάτους)
β) Η περίοδος δεν εξαρτάται από το υλικό και την αναρτημένη μάζα
γ) Η περίοδος είναι ανάλογη με την τετραγωνική ρίζα του μήκους (ή το Τ2 ανάλογο του l)
και εξαρτάται από την επιτάχυνση της βαρύτητας.

3. Η μέτρηση της περιόδου απλού αρμονικού ταλαντωτή και η συσχέτισή της με το είδος
του ελατηρίου και την ταλαντούμενη μάζα .

4. Η δημιουργία και παρατήρηση κυμάτων σε ελατήρια.

Όργανα – υλικά

Α. Για το εκκρεμές
Ορθοστάτης ύψους 1m – σύστημα 4 εκκρεμών – 4 εκκρεμή, μήκους 10-40-90 cm με βαρίδια –
και εκκρεμές  90 cm με μαγνήτη
Ραβδόμορφος μαγνήτης – χρονόμετρο – επίπεδη λαμαρίνα από Fe.

Β. Για την απλή αρμονική ταλάντωση
Ορθοστάτης ύψους 60cm – 2 ελατήρια – σύνδεσμος απλός – ράβδος 30 cm – μάζες 50 –
100 – 150gr – χρονόμετρο.

Γ. Για τα κύματα
Συζευγμένα εκκρεμή – Μοντέλο δημιουργίας κυμάτων με βαρίδια – ελατήρια κυματισμών.
 

Πειραματική διαδικασία

Α. Απλό εκκρεμές

* Θέτουμε σε ταλάντωση το εκκρεμές 90cm , μετράμε το χρόνο 10 ταλαντώσεων κ
αι υπολογίζουμε την περίοδο Τ. Επαναλαμβάνουμε με μικρότερο ή μεγαλύτερο πλάτος.
 Είναι η περίοδος σταθερή ;
* Θέτουμε σε ταυτόχρονη (συμφασική) ταλάντωση τα 2 εκκρεμή των 90cm.
Διαπιστώνουμε μετά από λίγο χρόνο ότι συνεχίζουν να ταλαντώνονται ταυτόχρονα ;
Δηλαδή έχουν την ίδια περίοδο ;
* Θέτουμε σε ταλάντωση το εκκρεμές των 10cm , μετράμε το χρόνο 10 ταλαντώσεων ,
υπολογίζουμε την περίοδο Τ και καταχωρούμε το αποτέλεσμα στον πίνακα.

Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία και για τα εκκρεμή με μήκη 40 και 90 cm και ελέγχουμε
τα αποτελέσματα.
* Κάτω από το εκκρεμές με το μαγνήτη τοποθετούμε τη σιδερένια λαμαρίνα και θέτουμε
σε ταυτόχρονη ταλάντωση τα δύο εκκρεμή των 90cm. Με τις πρώτες ταλαντώσεις
διαπιστώνουμε απόκλιση από τον αρχικό συγχρονισμό ;
Ποιο εκκρεμές κινείται πιο γρήγορα (μικρότερο Τ) ; Γιατί ;
 

Β. Απλή αρμονική ταλάντωση ( στο σύστημα ελατήριο – μάζα)



Από την οριζόντια ράβδο των 30cm του ορθοστάτη κρεμάμε ένα μαλακό ελατήριο
και από αυτό μία μάζα 100gr. Τραβάμε , ελαφρά, τη μάζα προς τα κάτω και την αφήνουμε ελεύθερη.
* Μετράμε το χρόνο 10 ταλαντώσεων και υπολογίζουμε την περίοδο Τ1, Τ1=….
* Όταν το πλάτος ταλάντωσης έχει αισθητά μειωθεί επαναλαμβάνουμε τη μέτρηση
και υπολογίζουμε τη νέα περίοδο Τ2 , Τ2 =…. Ισχύει Τ1 (Τ2 ;
* Αντικαθιστούμε τη μάζα με τις άλλες των 50 και 150gr και συγκρίνουμε, χονδρικά,
τις περιόδους ταλάντωσης. Συσχετίζουμε τα μεγέθη περίοδος – μάζα .
* Αντικαθιστούμε το ελατήριο με άλλο, σκληρότερο, και επαναλαμβάνουμε
για να συσχετίσουμε τα μεγέθη περίοδος – σταθερά ελατηρίου.


Γ. Κύματα

* Στο σύστημα «συζευγμένων εκκρεμών» θέτουμε το ένα σε ταλάντωση σε διεύθυνση
κάθετη στο επίπεδό τους. Παρατηρούμε την κίνηση του δεύτερου εκκρεμούς και τη
στιγμιαία ακινητοποίηση του πρώτου. Λόγω του ελαστικού συνδέσμου, έχουμε μ
εταφορά ενέργειας από τον ένα ταλαντωτή στον άλλο.
* Στο κυματικό μοντέλο με τα βαρίδια θέτουμε σε εξαναγκασμένη εγκάρσια
ταλάντωση το πρώτο και παρατηρούμε τη διάδοση της διαταραχής στα υπόλοιπα ,
με τη μορφή εγκάρσιου κύματος.
* Τεντώνουμε το ελατήριο κυματισμών στο δάπεδο του εργαστηρίου και δημιουργούμε
στο ένα άκρο εγκάρσιες και διαμήκεις διαταραχές. Παρατηρούμε τη διάδοση και
ανάκλασή τους στο άλλο άκρο του ελατηρίου.
 Συσχετίστε την ταχύτητα διάδοσης με την τάση του ελατηρίου