Metodický pokyn = učitel

Tematické zařazení experimentu

• popis jednoduchého kmitavého pohybu
• definice základních veličin - perioda (T), frekvence (f)
• srovnání mezi harmonickým a tlumeným kmitavým pohybem

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je zkoumání zákonitostí kmitavého pohybu pružinového oscilátoru prostřednictvím grafu závislosti výchylky na čase. Na základě zmíněného grafu by měly žáci objevit souvislost mezi hmotností kmitajícího tělesa a periodou jeho pohybu.
• Cílem experimentu je i rozvoj schopností žáků pracovat v týmu a plnit zadané úkoly.

Poznámky k realizaci experimentu

• Při sestavování experimentální aparatury je třeba dbát na důkladné upevnění mechanického oscilátoru, pod kterým bude umístěn senzor. Při jeho uvolnění by mohlo dojít k vážnému poškození senzoru.
• Při měření budou žáci používat závaží různé hmotnosti. Je výhodnější pokud rozdíl hmotností jednotlivých závaží bude výraznější. Zlepší se tak možnost objevit souvislost mezi hmotností tělesa a periodou jeho kmitavého pohybu.

Návod na zpracování dat

• Výstupem experimentu jsou grafy závislostí výchylek na čase. Při zpracování výsledků lze z jednotlivých grafů, resp. k nim příslušejících tabulek určit periodu (frekvenci) kmitavého pohybu oscilátoru následujícím způsobem:
• Periodu (frekvenci) oscilátoru je možné určit přímo z grafu.
• V opačném případě transformujte naměřené údaje do tabulkového procesoru (např. MS Excel) a vytvořte graf závislosti výchylky od času.

Závěry z experimentu

• Experimentům si žáci ověří fakt, že mechanický oscilátor koná harmonický pohyb. Časový diagram harmonického kmitavého pohybu je sinusoida, z níž je možné určit charakteristické veličiny tohoto pohybu podle vztahů:

• Žáci pomocí experimentu odhalí fakt, že perioda kmitavého pohybu oscilátoru závisí na hmotnosti závaží.

Žákovské aktivity

• Experiment je možné použít jako demonstrační s výrazným přispěním žáků. Na základě analýzy získaného grafu závislosti výchylky na čase žáci určí periodu jeho kmitavého pohybu. V další etapě použijeme oscilátory se závažími různých hmotností, jejichž periodu bude možno určit též ze získaných grafů. Veškeré získané údaje se zapíší do předem připravené tabulky (např. MS Excel), z níž bude vytvořen graf závislosti periody oscilátoru na hmotnosti závaží.
• Analýzou vytvořeného grafu by měly žáci dospět k závěru, že perioda kmitavého pohybu oscilátoru závisí na hmotnosti závaží.
• Druhou možností je použít experiment na laboratorních měřeních. Žáci budou rozděleni do několika skupin, přičemž každá bude realizovat měření s několika oscilátory (pružina bude stejná, měnit se bude jen závaží). Ještě v úvodu experimentování rozdělíme skupinám závaží, které budou používat (např. Každá skupina bude realizovat měření se třemi oscilátory). Ze získaných grafů skupiny zjistí periody pro jednotlivé oscilátory. Na základě vlastních naměřených údajů by měla každá skupina dospět k závěru, že perioda oscilátoru přímo souvisí s hmotností použitého závaží. Posledním krokem, na kterém budou pracovat všichni žáci společně, bude sestavení tabulky z dat jednotlivých skupin, ze které bude vytvořen příslušný graf .
• Doplňkovou aktivitou může být srovnání naměřených údajů s teoretickými na základě již zmíněného grafu T = f (m1 / 2) a vysvětlení případných rozdílů. Pro tento účel můžete použít tabulkový procesor, např. MS Excel.

Souvislost se životem, přírodou a praxí

• Vzpomenete si, jestli jste někdy viděli kmitavý pohyb?
• Viděli jste někdy člověka, který skáče z vysokého místa připevněný na pružném laně? Pokuste se analyzovat pohyb tohoto člověka od okamžiku kdy seskočí dokud nezastaví.
• Sledovali jste někdy šoféra autobusu při řízení autobusu? Při jakékoliv nerovnosti na silnici začne konat kmitavý pohyb.
• Proč je to tak? Je to nezbytné, nebo je to jen nedostatek řidičovu sedadla?
• Na stejném principu jako pérování řidičovu sedadla funguje i pérování automobilu, resp. terénního kola.