Fjederpendul: stræk, fjedr, gentag

Et pædagogisk simulationsspil. Forudsig, hvor meget en fjeder strækkes af et lod, hvor lang tid hver svingning tager, eller hvor hurtigt det bevæger sig. Slip det så, og se diagrammet.

Harmonisk svingningHookes lov

FJEDERPENDUL

Hvor meget den strækkes

Klar
Slå JavaScript til for at lade fjederen svinge. Vejledningen og det gennemregnede eksempel kan stadig læses.
Position over tidFjeder og lodDin forudsigelseLigevægtsstilling
Fjeder og svingningstidT = 2π·√(m ÷ k)

Tid

0.00 s

t

Stræk i hvile

— m

x₀ = m·g ÷ k

Under ligevægt

— cm

y = A·cos(ω·t)

Fart

— m/s

v = A·ω·sin(ω·t)

Svingningstid

— s

T = 2π·√(m ÷ k)

Forudsig, før du starter

Skriv din forudsigelse for at hænge loddet op. Start er slået fra, indtil der er et svar.

Forudsig svingningen.

Missionspoint—

Hvert svar skal være rigtigt inden for 2 %: hvert giver 100 point. Rigtigt ved første kørsel giver 50 ekstra. En kørsel tæller, så snart den starter.

✓ Rigtigt svar① I første forsøg

Sådan spiller du Fjederpendul

  1. Vælg et forsøg, og læs massen, fjederen, udsvinget eller strækket på kortet.
  2. Hookes lov: en fjeder trækker tilbage med k·x. I hvile bærer den tyngden, k·x₀ = m·g.
  3. Trukket ud og sluppet svinger loddet med T = 2π·√(m ÷ k) og topfarten A·√(k ÷ m). Skriv din forudsigelse, og tryk på Start.
  4. Se diagrammet: positionen tegner en sinuskurve, og svingningstiden er tiden fra én top til den næste.

Hvorfor svinger et lod i en fjeder så jævnt?

En fjeder trækker tilbage i forhold til, hvor meget den er strakt eller trykket sammen: F = k·x, Hookes lov. Hæng et lod i den, og fjederen strækkes, til kraften er lig med tyngden, ved x₀ = m·g ÷ k. Træk loddet længere ned, og slip: den ekstra kraft er altid proportional med afstanden fra ligevægtsstillingen og peger tilbage mod den. Det giver harmonisk svingning: loddet går op og ned i en perfekt sinuskurve, y = A·cos(ω·t), med ω = √(k ÷ m) og svingningstiden T = 2π·√(m ÷ k). Et tungere lod svinger langsommere, en stivere fjeder hurtigere, og størrelsen af udsvinget ændrer ikke svingningstiden: en større svingning går bare hurtigere. Loddet er hurtigst gennem midten, med A·ω, og står stille et øjeblik i hver ende. Da m ÷ k = x₀ ÷ g, kan du endda forudsige svingningstiden ud fra, hvor meget fjederen synker: T = 2π·√(x₀ ÷ g).

En afgrænset læringsmodel

Fjederen er let og følger Hookes lov nøjagtigt, og der er ingen friktion, så intet bremser svingningen. For at finde strækket sænkes loddet forsigtigt i 2 s, til det hænger i hvile. For en svingning trækkes loddet 5 cm under ligevægtsstillingen og slippes, og kørslen varer 2 s. Når der spørges om fjederkonstanten, svinger loddet i din fjeder, og diagrammet markerer den ønskede svingningstid. Længder er i målestok. Svar inden for 2 % er rigtige. g = 9,8 m/s². Spilles i realtid.

Når du skifter sprog, bevares forsøget, forudsigelsen, forsøgene og forløbet.