كيف تلعب مختبر شد الحبل
- اختر اختبارًا واقرأ الشد أو الكتلة لكل متر أو التغيير في البطاقة.
- استخدم v = √(F ÷ μ) وF = μ·v² وμ = m ÷ L وt = L ÷ v.
- اكتب توقّعك واضغط ابدأ. تجري النبضة بالحركة البطيئة.
- قارن النقطة البرتقالية والخط المتقطع بالنبضة الزرقاء وخطها على اليمين.
ما الذي يحدد سرعة الموجة على الحبل
انفض حبلًا مشدودًا فتجري نبضة على امتداده. اليد تقرر فقط شكل النبضة وحجمها؛ أما سرعة انتقالها فيحددها الحبل. الشد يشد كل جزء من الحبل عائدًا إلى الخط، لذا الشد الأكبر يعني شدًا أسرع وموجة أسرع. والكتلة تجعل كل جزء بطيء الاستجابة، لذا يعطي الحبل الأثقل موجة أبطأ. ومعًا يعطيان v = √(F ÷ μ)، مع الشد F بالنيوتن والكتلة لكل متر μ بالكيلوغرام لكل متر. وبسبب الجذر التربيعي، لا تضاعف أربعة أضعاف الشد السرعة إلا مرتين، ولا ينصّفها الحبل الأثقل بأربع مرات إلا إلى النصف. هكذا تُدوزن الآلات الوترية: شد الوتر يجعل أمواجه أسرع، فيرفع نغمته، والأوتار الغليظة للنغمات المنخفضة ثقيلة لذا أمواجها بطيئة. والقاعدة نفسها تخبر المهندسين بسرعة سريان الاهتزازات على الكوابل وخطوط الكهرباء.
نموذج تعليمي مركّز
الحبل مثالي: مرن تمامًا، ومتماثل على طوله، ودون احتكاك، وتحافظ النبضة على شكلها. تُرسم النبضة أعلى بكثير مما هي في الواقع. يحافظ الثقل على ثبات الشد. يجري الزمن أبطأ من الزمن الحقيقي بالمعامل الظاهر، لذا يدوم كل تشغيل 3 s؛ وتُظهر الساعة الزمن الحقيقي بالملّي ثانية. ينتهي التشغيل حين يبلغ منتصف النبضة البكرة. الإجابات ضمن 2% صحيحة.