Коливання нитки з Cobra SMARTsense

Схема досліду

Коливання трапляються в незліченних щоденних ситуаціях: коли гойдаєшся на майданчику, коли граєш на музичному інструменті або коли електронний пристрій задає такт. Коливання бувають бажані (наприклад, кварцовий резонатор у годиннику) і небажані (наприклад, вібрація в автомобілі), а описують їх насамперед амплітудою і періодом, тобто відповідною частотою.

Загалом гармонічні коливання описують тригонометричними функціями. У згасаючих коливаннях частота при цьому не змінюється - з часом експоненційно спадає максимальне відхилення.

Попередні знання

Учні мають бути обізнані з поняттям затухаючих коливань і вільно оперувати поняттями періоду, частоти та амплітуди.

Принцип

Коли смикнути натягнуту нитку, у ній збуджуються коливання. Їх чути на слух - так само, як у гітари. Через коливання змінюється сила на кінці нитки, тому їх можна виміряти датчиком сили.

Навчальна мета

Учні самі збуджують коливання нитки й досліджують, як період і частота залежать від натягу нитки.

Завдання

1. Учні рукою збуджують коливання нитки й слухають їх за різного натягу.
2. За допомогою датчика сили вони вимірюють коливання нитки за різного натягу.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Струни гітари

Коливання трапляються в незліченних щоденних ситуаціях: коли гойдаєшся на майданчику, коли граєш на музичному інструменті або коли електронний пристрій задає такт.

Коливання бувають бажані (наприклад, кварцовий резонатор у годиннику) і небажані (наприклад, вібрація в автомобілі), а описують їх насамперед амплітудою і періодом, тобто відповідною частотою.

У цьому досліді ти дослідиш власні коливання (звуки) нитки за різного натягу - так само, як у різних струн гітари.

1. Рукою збуди коливання на нитці й послухай, як вони звучать за різних натягів нитки.
2. За допомогою датчика сили виміряй коливання нитки за різних натягів нитки.

iOS

Android

Windows

З'єднання штативних основ

З'єднай штативні основи між собою штативним стрижнем завдовжки 25 см.

Тепер візьми розбірний штативний стрижень, встав по одній його частині вертикально в кожну половину штативної основи й міцно закрути.

Кріплення датчика сили

Закріпи датчик сили на короткому штативному стрижні в подвійній муфті, а муфту - на одному з двох вертикальних стрижнів так, щоб датчик сили був повернутий усередину.

Схема досліду

Візьми другу подвійну муфту й закріпи її на вертикальному штативному стрижні навпроти датчика сили.

Викрути вільний гвинт другої муфти й протягни крізь різьбовий отвір шматок волосіні. Затисни нитку в різьбі, закрутивши гвинт назад. Другий кінець нитки з'єднай із датчиком сили. Тепер нитка має бути злегка натягнута.

Тепер посувай другу муфту вертикально, поки нитка не натягнеться сильно, і зафіксуй муфту в цьому положенні.

Датчик сили

• Увімкни датчик сили, натиснувши й потримавши кілька секунд кнопку живлення. Коли він увімкнеться, блимне світлодіод.
• Запусти measureAPP і вибери датчик сили в розділі «Sensoren».
• Смикни пальцем нитку і прислухайся до звуку, що виникає. Пересуваючи другу муфту, можна змінювати натяг нитки. Задай кілька різних натягів, щоразу смикай нитку і стеж за висотою звуку.

Вибір датчика в measureAPP

Фрагмент measureAPP

• Торкнись вкладки «Konfiguration», а потім «Abtastfrequenz».
• У вікні, що відкриється, посунь повзунок до кінця праворуч - на значення 1000.
• Вийди з вікна, натиснувши «Speichern».

Дані вимірювання в measureAPP

• Тепер задай помірний натяг нитки. Запусти вимірювання і смикни нитку.
• Заверши вимірювання і скористайся функцією автомасштабування.

Дані вимірювання в measureAPP

• Пальцями наблизь ділянку графіка одразу після піка. Тоді скористайся функцією «Messen» і виміряй проміжок часу (по горизонталі) приблизно між періодами.
• Обчисли з цього значення період і частоту коливань нитки. Занеси значення в таблицю протоколу.
• Повтори це вимірювання для щораз більших натягів нитки й занеси результати в таблицю.

Схема досліду

Схема досліду

Схема досліду