Téma experimentu: Meldeův experiment
Experimentální cíl: Zkoumat vztah mezi napětím lana, vlnovou délkou a rychlostí šíření vlny.
Nářadí a materiál: Časoměr, lano, kladka, závaží 50 gramů, zdroj energie, váhy, pravítko.
Základní teorie:
Rychlost šíření vlny je vyjádřena rovnicí:
v = λf
keterangan:
v = rychlost šíření vlny
λ = vlnová délka
f = frekvence
Vlny, které se šíří po strunách nebo lanech, jsou příčné vlny . Rychlost příčných vln na struně lze vypočítat pomocí vzorce:
keterangan:
v = rychlost vlny na laně (metry/sekundu)
F = T = síla napětí lana (Newton)
μ = hmotnost na jednotku délky lana (kilogram/metr)
Experimentální kroky:
1. Změřte hmotnost lana pomocí váhy
Hmotnost lana = ……….gram = ……….kg
2. Změřte délku lana pomocí pravítka.
Délka lana (l) =……….cm = ……….m
3. Vypočítejte hmotnostní hustotu lana
μ = m / l = ……….kg/m
Zadejte do datové tabulky, sloupec hustoty řetězců, první řádek.
4. Sestavte experimentální zařízení podle obrázku. Jeden konec lana je připojen k zátěži o hmotnosti 50 gramů.
5. Změřte délku lana od jednoho uvázaného konce k druhému uvázanému konci.
Délka lana (l) = ……….cm = ……….m
6. Zapněte časovač, dokud se na řetězci nevytvoří stojatá vlna. Spočítejte počet protivln. Počet protivln = …………
Předpokládejme, že existuje n žaludků, pak vzdálenost mezi 1 žaludkem = délka lana (l) / n = x
Vzdálenost 1 břicho (x) = 1/2 vlnové délky (1/2 λ)
1 vlnová délka (λ) = 2 x =……….. m
Zadejte do datové tabulky, sloupec vlnová délka, první řádek.
7. Vlnová frekvence = vibrační frekvence časovače = frekvence PLN = 50 Hertzů
8. Vypočítejte rychlost šíření vlny
v = f λ =………..m/s
Zadejte do datové tabulky, sloupec rychlosti vln, první řádek.
9. Opakujte krok 4 s použitím závaží o hmotnosti 100 gramů.
Zadejte data do tabulky, druhý řádek.
10. Opakujte krok 4 s použitím závaží o hmotnosti 150 gramů.
Zadejte data do tabulky, třetí řádek.
Datum:
Hmotnost nákladu (m) = 50 gramů = (50/1000) kg = (5/100) kg = 0,05 kg
Gravitační zrychlení (g) = 10 m/ s²
Hmotnost zátěže (w) = mg = (0,05 kg)(10 m/s² ) = 0,5 kg m/s² = 0,5 N
Hmotnost břemene (w) = napínací síla v lanu (F)
|
Ne |
Napínací síla lana (F) |
Frekvence (f) |
Vlnová délka ( λ) |
Hustota hmoty lana ( μ) |
Rychlost šíření vln (v = fλ ) |
|
1 |
0,5 N |
50 Hz |
|||
|
2 |
1,0 N |
50 Hz |
|||
|
3 |
1,5 N |
50 Hz |
Analýza dat:
– Jaký je vztah mezi napětím v lanu a vlnovou délkou?
– Jaký je vztah mezi napětím v laně a rychlostí šíření vlny?
– Jaký je vztah mezi vlnovou délkou a rychlostí vlnění?
Závěr:
Uveďte svůj závěr.
