物理学で使用される即席科学装置の例は何ですか?

素材:

- スプリング

- 塊

- 定規

- ストップウォッチ

- コップ一杯の水

手順:

1. スプリングをマスに取り付けます。

2. おもりを手に持ち、バネを伸ばします。

3. おもりを放し、振動させます。

4. ストップウォッチを使用して、質量が 1 回完全に振動するのにかかる時間を測定します。

5. スプリングの長さを変えて手順 2 ～ 4 を繰り返します。

6. データを使用してバネ定数を計算します。

7. カップに水を半分まで入れます。バネに取り付けられたおもりの下にカップを置き、周期がどのように変化するかを観察します。

所見:

ばねが伸びると、質量はばねの力と反対の方向に加速します。質量が解放されると、平衡位置を中心に前後に振動します。振動の周期は、質量が 1 回完全に振動するのにかかる時間です。

ばねの長さが長くなると、振動の周期も長くなります。これは、長いばねの剛性が低くなり、質量の加減速に時間がかかるためです。

水の入ったカップを質量の下に置くと、振動の周期が減少します。これは、水が質量の動きに抵抗を与え、質量の速度を低下させるためです。

計算:

ばね定数は次の式を使用して計算できます。

$$k =m(2\pi f)^2$$

どこ：

- k はバネ定数 (N/m)

- m は質量 (kg)

- f は Hz 単位の周波数です

発振周波数は次の式を使用して計算できます。

$$f =1/T$$

どこ：

- f は Hz 単位の周波数です

- T は振動の周期 (秒)

この例では、質量は 0.1 kg、振動周期は 1.0 s、バネの長さは 0.5 m です。これらの値を上記の式に代入すると、次のようになります。

$$k =0.1(2\pi 1.0)^2 =0.63 N/m$$

結論:

この簡単な実験は、即席の装置を使用してバネ定数を測定し、振動周期に対するさまざまな要因の影響を観察する方法を示しています。この実験は、単振動運動とフックの法則の概念について生徒に教えるために使用できます。