5.27. Egy harmonikus rezgőmozgást végző test és egy egyenletes körmozgást végző test árnyékának összehasonlítása
A kísérlet célja 
Annak bemutatása, hogy a harmonikus rezgőmozgás megfeleltethető egy egyenletes körmozgás valamely vetületének. A kísérlet által bemutatott gondolatmenet komolyabb matematika nélkül teszi lehetővé a harmonikus rezgőmozgás összefüggéseinek levezetését.
Szükséges anyagok, eszközök
- „A” talpú állvány, befogóval
- Ólomgolyó
- Pingponglabda elektromotorra erősítve, fordulatszám-szabályozó elektronikával
- Fényforrás (zseblámpa)
Leírás
Vetítsük ernyőre a motorhoz erősített pingponglabda árnyékát a körmozgás síkjába eső párhuzamos fénysugarakkal. A labda árnyéka egyenes vonal mentén, két szélső helyzet között ide-oda mozog. Mozgása a rugóra függesztett golyó mozgására - tehát harmonikus rezgőmozgásra - emlékeztet.
Állítsunk a vetítősugarak útjába egy rugón rezgő golyót is. Figyeljük a golyó árnyékának mozgását is. Ha a körpálya sugarát és középpontját a rezgő test amplitúdójával és nyugalmi helyzetével összehangoljuk, valamint a motor fordulatszámát a golyó rezgésidejéhez igazítjuk, akkor a két árnyék együtt mozog. Tehát az egyenletes körmozgást végző test vetülete a kör síkjában fekvő egyenes mentén harmonikus rezgőmozgást végez.
Az árnyékvetítés közelítőleg párhuzamos fénynyalábbal történjék. A szemléletességet fokozza, ha a labda és a golyó kb. azonos méretű.
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Készítsünk egyszerű ábrát, mely a körmozgás segítségével bemutatja a harmonikus rezgőmozgás kitérés-idő függvényét (φ0=0°)!
- Ehhez hasonlóan vezessük le a körmozgás kerületi sebességéből és centripetális gyorsulásából a harmonikus rezgőmozgás sebesség‑idő és gyorsulás-idő függvényét. Segítség az ábra készítéshez.
Módszertani kiegészítések
- A kísérlethez speciális eszközökre van szükség, ezért itt megtalálható a kísérlet lassított felvétele:
Tweet