Harmonické oscilátory

Podobné dokumenty
Mechanické kmitání a vlnění, Pohlovo kyvadlo

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 10: Lineární harmonický oscilátor. Pohlovo torzní kyvadlo. Abstrakt

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze. Úloha č. 10 : Harmonické oscilace, Pohlovo torzní kyvadlo

Fyzikální praktikum 1

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Mechanické kmitání - určení tíhového zrychlení kyvadlem

Laboratorní úloha č. 4 - Kmity II

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

(test version, not revised) 9. prosince 2009

Laboratorní úloha č. 3 Spřažená kyvadla. Max Šauer

Příklady kmitavých pohybů. Mechanické kmitání (oscilace)

Cavendishův experiment

Mechanické kmitání (oscilace)

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

MECHANICKÉ KMITÁNÍ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 3.A

Mechanické kmitání Kinematika mechanického kmitání Vojtěch Beneš

KMITÁNÍ PRUŽINY. Pomůcky: Postup: Jaroslav Reichl, LabQuest, sonda siloměr, těleso kmitající na pružině

Digitální učební materiál

Fyzikální praktikum I

Praktická úloha celostátního kola 48.ročníku FO

Testovací příklady MEC2

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

Fyzikální praktikum II

I. část - úvod. Iva Petríková

Digitální učební materiál

Praktikum II Elektřina a magnetismus

MODIFIKOVANÝ KLIKOVÝ MECHANISMUS

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

Cavendishův experiment

Měření momentu setrvačnosti prstence dynamickou metodou

ω=2π/t, ω=2πf (rad/s) y=y m sin ωt okamžitá výchylka vliv má počáteční fáze ϕ 0

m.s se souřadnými osami x, y, z? =(0, 6, 12) N. Určete, jak velký úhel spolu svírají a jakou velikost má jejich výslednice.

Mechanické kmitání a vlnění

KMS cvičení 5. Ondřej Marek

PROTOKOL O PROVEDENÍ LABORATORNÍ PRÁCE

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Téma: Dynamiky - Základní vztahy kmitání

Lineární harmonický oscilátor

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV. Černoleská 1997, Benešov. Elektrická měření. Tematický okruh. Měření elektrických veličin.

2. Ve spolupráci s asistentem zkontrolujte, zda je torzní kyvadlo horizontálně vyrovnané.

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

9.7. Vybrané aplikace

Elektromechanický oscilátor

Měření tíhového zrychlení matematickým a reverzním kyvadlem

Ing. Václav Losík. Dynamický výpočet otočného sloupového jeřábu OS 5/5 MD TECHNICKÁ ZPRÁVA

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

MOMENT SETRVAČNOSTI 2009 Tomáš BOROVIČKA B.11

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů

(3) Vypočítejte moment setrvačnosti kvádru vzhledem k zadané obecné ose rotace.

Laboratorní úloha č. 3 - Kmity I

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Pracovní list vzdáleně ovládaný experiment. Obr. 1: Matematické kyvadlo.

pracovní list studenta

3. Diskutujte výsledky měření z hlediska platnosti Biot-Savartova zákona.

Název: Studium kmitů na pružině

Určení hlavních geometrických, hmotnostních a tuhostních parametrů železničního vozu, přejezd vozu přes klíny

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

KMS cvičení 6. Ondřej Marek

Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma Podklady k principu měření vibrací a tlumicích vlastností

Theory Česky (Czech Republic)

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

1.1. Metoda kyvů. Tato metoda spočívá v tom, že na obvod kola do vzdálenosti l od osy

SERIOVÉ A PARALELNÍ ZAPOJENÍ PRUŽIN

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

Sestavení diferenciální a diferenční rovnice. Petr Hušek

Skládání kmitů

PRAKTIKUM I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

OBSAH. MODÁLNÍ VLASTNOSTI KLIKOVÉHO ÚSTROJÍ FSI VUT BRNO ČTYŘVÁLCOVÉHO TRAKTOROVÉHO MOTORU Ústav automobilního 1 VSTUPNÍ HODNOTY PRO VÝPOČET...

Téma 13, Úvod do dynamiky stavebních konstrukcí dynamiky

Frekvenční charakteristika soustavy tří nádrží

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Řízené LRC Obvody

Fyzikální praktikum 1

Teoretický úvod: [%] (1)

Fyzika - Sexta, 2. ročník

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Fyzikální praktikum...

Digitální učební materiál

Měření modulů pružnosti G a E z periody kmitů pružiny

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

SEMI-AKTIVNĚ ŘÍZENÉ TLUMENÍ PODVOZKU VYSOKORYCHLOSTNÍHO VLAKU

galvanometrem a její zobrazení na osciloskopu

DUM označení: VY_32_INOVACE_... Jméno autora výukového materiálu: Ing. Jitka Machková Škola: Základní škola a mateřská škola Josefa Kubálka Všenory

8.6 Dynamika kmitavého pohybu, pružinový oscilátor

Fyzikální praktikum 1

POZOROVÁNÍ VLN NA VLNOSTROJI

Určení hmotnosti zeměkoule vychází ze základního Newtonova vztahu (1) mezi gravitačním zrychlením a g a hmotností M Z gravitačního centra (Země).

Kmitání mechanického oscilátoru Mechanické vlnění Zvukové vlnění

2. Kmity. 2.1 Úvod. 2.2 Kmity tělesa na pružině, harmonický pohyb

MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ VLASTNÍ KMITÁNÍ MECHANICKÉHO OSCILÁTORU

POZOROVÁNÍ VLN NA VLNOSTROJI

FYZIKA. Netradiční experimenty

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Téma: Dynamika - Úvod do stavební dynamiky

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

Laboratorní cvičení z fyziky Mechanický oscilátor

Transkript:

Harmonické oscilátory Jakub Kákona, kaklik@mlab.cz Abstrakt Tato úloha se zabývá měřením rezonančních vlastností mechanických tlumených i netlumených oscilátorů. 1 Úvod 1. Změřte tuhost pružiny statickou metodou a vypočtěte úhlovou frekvenci (včetně celkové chyby určení), se kterou bude soustava kmitat kolem rovnovážné polohy s Vámi zvoleným závažím. Odhadněte, s jakou chybou jste schopen prodloužení pružiny měřit a vypočtěte minimální hmotnost závaží, které musíte k prodloužení použit, aby jste dosáhl relativní chyby měření tuhosti pružiny 50%. Chybu měření hmotnosti závaží m považujte za nulovou. 2. Změřte úhlovou frekvenci kmitů pružiny dynamickou metodou. Rozhodněte, jestli pro výpočet úhlové frekvence je nutné použít vztah ω = tj. jestli je útlum tak velký, že překonává chybu měření. ω 2 0 δ 2, (1) 3. Změřte koeficienty tlumení δ pro 2 konfigurace tlumících magnetů. Ověřte přiton platnost vztahu (1). 4. Naměřte závislost amplitudy a fázového posunu kmitů pružiny oproti budící síle na úhlové frekvenci budící síly. 5. Závislost amplitudy A kmitů na úhlové frekvenci budící síly Ω vyneste do grafu, nafitujte tuto závislost funkcí A = ω 2 0 δ 2, (2) z této funkce pak určete vlastní frekvenci ω 0 a útlum δ a určete pomocí vztahu ω REZ = ω 2 0 2δ 2, (3) hodnotu rezonanční frekvence Ω REZ. Proč nelze použít měření rezonanční křivky k určení vlastní frekvence kriticky tlumených systémů?

6. Závislost fázového posunu kmitů pružiny θ na úhlové frekvenci budící síly ω vyneste do grafu, nafitujte tuto závislost funkcí ( ω 2 θ = arctan 0 Ω 2 ). (4) 2δΩ Mějte na paměti, že tento vztah platí pro fázový posun v radiánech. Z nafitované funkce pak opět určete vlastní úhlovou frekvenci a útlum systému. 7. Srovnejte výsledky měření pro vlastní úhlovou frekvenci z úkolů 1,2,5 a 6. Které měření považujete za nejpřesnější a naopak? 8. Změřte tuhost pružiny Pohlova kyvadla. 9. Naměřte časový vývoj výchylky kmitů kyvadla pro netlumené kmity. Za použití výsledku tohoto a minulého úkolu vypočítejte moment setrvačnosti kyvadla I. 10. Změřte koeficient útlumu pro několik zvolených hodnot tlumícího proudu. Závislost vyneste do grafu. 11. Extrapolací určete hodnotu tlumícího proudu, při kterém dochází ke kritickému tlumení. Nastavte tuto hodnotu, změřte průběh při rychlostní a polohové počáteční podmínce a ověřte, že je kyvadlo skutečně kriticky tlumeno. 2 Postup měření 2.1 Gravitační oscilátor Nejdříve bylo nutné začít změřením tyhosti pružiny na laboratorním oscilátoru. Ten to úkol jsme vyřešili zavěšením dvou různých závaží na pružinu. První závaží mělo hmotnost 48,62g a pružinu natáhlo o 4cm druhé 87,6g o 7cm z těchto hodnot jsme určili tuhost pružiny 11,92 a 12,28 N/m. Výpočtem pro případ zavěšeného měřítka a závaží 48,62g nám dále vyšla úhlová frekvence 15,21 rad/s. A při změření kmitů a jejich nafitování funkcí x = A exp( δt) sin(ωt + ϕ) (5) Nám vyšla úhlová frekvence ω = 15, 18[rad/s] Výsledek fitu je vidět na grafu. Dále jsme chtěli změřit fázovou a amplitudovou charakteristiku kmitů. Data z tohoto měření jsou ale díky použité metodě snímaní kamerou poněkud nekvalitní a vyžadují náročnější zpracovaní, které jsem nestihl realizovat. 2.2 Pohlovo Kyvadlo Nejdříve jsme změřili tuhost pružiny v kyvadle a podobným způsobem, jako v předešlém měření gravitačního oscilátoru. S tím rozdílem, že bylo použito jedno závaží o hmotnosti 40,3g,které stočilo pružinu o 14,9 jednotek na kotouči kyvadla. Následně jsmě změřili kmity pro netlumené kyvadlo a pro několik případů tlumení. Náš výsledek ilustrují následující grafy 2, 3 a závislost tlumení na velikosti proudu v tlumících cívkách 4. Úkolem bylo také spočítat moment setrvačnosti ten při znalosti záteže a poloměru kyvadla 93,9 mm vychází na 3, 4 10 4 kg/m 2.

2400 2300 2200 2100 amplitude [1] 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 time [s] Obrázek 1: Oscilace s ω = 15, 18[rad/s] koeficientem tlumení δ = 0, 34

2 1.95 1.9 amplitude [1] 1.85 1.8 1.75 1.7-10 -5 0 5 10 time [s] Obrázek 2: Časový vývoj výchylky netlumeného Pohlova kyvadla

20 15 10 amplitude [1] 5 0-5 -10-15 -10-5 0 5 10 time [s] Obrázek 3: Kmity tlumeného Pohlova kyvadla při proudu tlumící cívkou 700mA

0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 damping 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 100 200 300 400 500 600 700 current [ma] Obrázek 4: Závislost tlumení na velikosti proudu v tlumící cívce.

3 Diskuse Při měření bylo největším problémem zprovoznění snímací kamery od které není nikde ani běžně dostupný popis principu měření. Následkem toho nám sestavení experimentu trvalo neúměrně dlouho. A neprobihalo, tak jak jsme si predstavovali z pripravy. Závěr Měření oscilací nepřineslo překvapivé výsledky které by nesouhlasily s analytickým popisem měřených soustav. A došlo tak jenom k jejich dalšímu potvrzení. Reference [1] Zadání úlohy 10 - Harmonické oscilace. http://rumcajs.fjfi.cvut.cz/fyzport/mechanika/harmoscila [2] Pohlovo torzni kyvadlo. http://praktika.fjfi.cvut.cz/pohlkyv