Teho köydessä: kuinka paljon energiaa aalto kuljettaa?

Opetuksellinen simulaatiopeli. Ennusta, miten teho muuttuu, kun moottori ravistaa köyttä laajemmin tai nopeammin, montako wattia päähän saapuu, mikä amplitudi pitää tehon samana ja mitä raskaampi köysi tekee. Katso sitten vaimentimen lampun syttyvän.

AmplitudiAallon teho

TEHO KÖYDESSÄ

Kaksinkertainen amplitudi

Valmis
Ota JavaScript käyttöön käynnistääksesi köyden. Ohjeet ja ratkaistu esimerkki pysyvät luettavina.
KöysiVaimennin ja lamppuEnnusteesiAiempi aalto ja viivain
AallotP = ½·μ·ω²·A²·v

Aika

0.00 s

t

Teho

— W

P

Välittynyt energia

— J

E = P·t

Taajuus

— Hz

f

Aallon nopeus

— m/s

v

Ennusta ennen kuin aloitat

Kirjoita ennusteesi, niin kaikki valmistellaan. Aloita on pois käytöstä, kunnes vastaus on annettu.

Ennusta aallon kuljettama teho.

Tehtävän pisteet—

Jokaisen vastauksen pitää osua 2 %:n tarkkuudella: kukin tuo 100 pistettä. Oikein ensimmäisellä kokeella tuo 50 lisää. Koe lasketaan heti, kun se alkaa.

✓ Oikea vastaus① Ensimmäisellä yrityksellä

Näin pelaat Teho köydessä -peliä

  1. Valitse koe ja lue kortista, mikä muuttuu: amplitudi, taajuus vai köysi.
  2. Käytä kaavaa P = ½·μ·ω²·A²·v: teho kasvaa amplitudin ja taajuuden neliönä.
  3. Kirjoita ennusteesi ja paina Aloita. Moottori ravistaa köyttä reaaliajassa.
  4. Vertaa oranssia viivaa siniseen: niiden kulmakertoimet ovat tehoja. Kun kysytään amplitudia, moottori ravistaa sinun amplitudillasi.

Aallon kuljettama energia

Aalto kuljettaa energiaa viemättä köyttä mukanaan. Sen ohittaessa jokainen köyden kohta liikkuu ylös ja alas kuin pieni massa jousessa, liike-energiaa keskellä ja varastoitunutta energiaa ylhäällä. Pätkä, jonka pituus on dx ja massa μ·dx ja joka värähtelee amplitudilla A kulmataajuudella ω = 2π·f, sisältää energian ½·(μ·dx)·ω²·A², ja aalto välittää sen eteenpäin nopeudella v, joten teho on P = ½·μ·ω²·A²·v watteina (jouleina sekunnissa). Tästä seuraa kaksi asiaa. Ensinnäkin teho kasvaa amplitudin neliönä: kaksi kertaa suurempi ravistus kuljettaa 4-kertaisen tehon. Toiseksi se kasvaa taajuuden neliönä, koska nopeampi ravistus liikuttaa köyttä nopeammin: molempien kaksinkertaistaminen antaa 16-kertaisen tehon. Myös köydellä on väliä: samalla kireydellä raskaampi köysi kuljettaa aallot hitaammin, mutta liikkuvaa massaa on enemmän, ja μ·v kasvaa kuten √μ. Siksi maanjäristysten, mainingin tai kovien äänten energia nousee niin jyrkästi niiden koon mukana.

Rajattu oppimismalli

Köysi on ihanteellinen, ja päässä oleva vaimennin ottaa vastaan kaiken energian, joten mitään ei heijastu. Moottori ravistaa täydellisenä siniaaltona levosta alkaen, ja vaimentimeen saapuva energia lasketaan siitä hetkestä, kun ensimmäinen aalto saapuu. P = ½·μ·(2π·f)²·A²·v tarkasti. Korkeudet on piirretty suurempina kuin pituudet. Kun kysytään amplitudia, moottori ravistaa sinun amplitudillasi. Vastaukset 2 %:n tarkkuudella ovat oikein.

Kielen vaihtaminen säilyttää kokeen, ennusteen, yritykset ja ajon.