نمایش دهنده حرکت دایره ای یکنواخت
( ابزار نمایش ترسیم نوسان هارمونیک ساده )
J2211
- استفاده
این دستگاه میتواند در آزمایشهای زیر در تدریس فیزیک استفاده شود:
مشاهده شرایط نوسان هارمونیک ساده اجرا شده بوسیله ترسیم جانبی یک شئ در حرکت دایره ای یکنواخت؛ رسم منحنی تغییر مکان در مقابل زمان برای نوسان هارمونیک ساده که از طریق آن میتوانیم قانون نوسان هارمونیک ساده را بطور کمّی تجزیه و تحلیل کنیم؛ می تواند لومینوترون ایجاد کند، نقطه مشاهدة ” نوسان هارمونیک ساده ” در دستگاه که با آونگ تک به طول 1 متر بطور همزمان حرکت کند (چرخه مساوی و فاز مساوی)؛ بنابراین بطور غیرمستقیم نشان می دهد که در صورت وجود زوایای نسبتاً کوچک آونگ، آونگ تک با قانون نوسان هارمونیک ساده مطابقت می کند.
این ابزار همچنین می تواند در مشاهده تغییرات مداوم توابع سینوس و کسینوس در طول تدریس ریاضیات استفاده شود.
- ساختار
این دستگاه شامل اجزای اصلی ذیل می باشد: 1. بدنه؛ 2. پنل؛ 3. سیستم تنظیم کننده ولتاژ/ کنترل سرعت و موتور؛ 4. سیستم پیشرانه مکانیکی مانند سیستم انتقال، سیستم تغییر عملکرد، سیستم هدایت و غیره؛ 5. دایره مرجع، سیستم نمایش، مشاهده و رسم طرح؛ 6. چهارچوب آونگ تک و الکترومگنت که گوی آونگ را کنترل می کند؛ 7. صفحۀ پشتی، محل اتصالات و پیچ تنظیم سرعت.
3. شرایط کار و ویژگی ها
- ولتاژ کار با دستگاه DC 14V
جریان کار با دستگاه < 1 A
- دامنه نوسان هارمونیک ساده در نقطه مشاهده:A= 60± 1 mm
- دوره زمانی نوسان هارمونیک ساده: 2 ثانیه
محدوده قابل تنظیم: 2 ± 0.3 ثانیه
- خطای نسبی انحراف نوار کاغذی ثبت:S∆ < 2%
- نمودار نوسان:خطای نسبی بین مقدار تغییرمکان درنقطه اندازه گیری ومقدارتئوریک:5% δ max<
- ابعاد:300× 300× 150( شامل پایه ها نمی شود)
- وزن کل مجموعه:G: 7 kg
- طول مورد نیاز آونگ تک:L = 1000 ± 10 mm
- نوار کاغذ ثبت مورد استفاده: باید ساده و صاف، دارای مقاومتی مشخص، عرض160 mm،و بدون برآمدگی در لبه ها باشد.
- دستورالعمل کار با دستگاه
- آماده سازی
ü موقعیت دکمه ها / پیچ ها را قبل از کار تصحیح کنید:کلید موتور:خاموش؛الکترومگنت: آزاد؛ غلتک فشاردهنده کاغذ: روشن؛ پیچ تنظیم سرعت: در موقعیت میانی
ü نیروی برق مورد نیاز را انتخاب کنید: سیمها را متصل کنید (قرمز: + ، سیاه: – )، محدوده نیروی برق را انتخاب کنید: DC: 14 V ، دستگاه را روشن کنید، نقطه مشاهده دستگاه – لومینوترون – شروع به درخشیدن می کند.
- روشهای آزمایش
1- . وضعیت نوسان هارمونیک ساده را از ترسیم جانبی یک شئ در حرکت دایره ای یکنواخت را مشاهده کنید: کلید موتور را روشن کنید و چرخش یکنواخت دایره مرجع، و شرایط نوسان هارمونیک ساده که بوسیله نمایشگر ترسیم و لومینوترون از نقطه ای که شعاع آن محیط دایره را قطع می کند، اجرا شده است را مشاهده کنید (حرکت ذرات).
2- منحنی تغییر مکان در مقابل زمان را برای نوسان هارمونیک ساده رسم کنید.
- غلتک فشاردهنده کاغذ، 2. غلتک پیشبرنده کاغذ، 3. نوار کاغذی، 4. قلم رسم، 5. میله بستن کاغذ
موتور را خاموش کنید، قسمت ثابت قلم رسم را باز کنید، سر قلم نرم جوهر بریزید و قسمت ثابت را دوباره نصب کنید، نوار کاغذی را همانند شکل 2، بین غلتک فشاردهنده کاغذ و غلتک پیشبرنده کاغذ قرار دهید (مراقب باشید که نوار کاغذی را به درستی قرار دهید )، سپس پایه غلتک فشاردهنده کاغذ را بلند کرده و کلید موتور را روشن کنید، بعد از اینکه چرخش دستگاه آرام شد، پایه را پایین بگذارید، منحنی تغییر مکان در مقابل زمان برای نوسان هارمونیک ساده می تواند رسم شود.
3- قانون حرکت آونگ تک را با استفاده از روش مقایسه ای بررسی کنید:
چهارچوب آونگ تک را بر روی سوراخ نصب بر روی بدنه نصب کنید، گوی آونگ را بر روی چهارچوب آویزان کنید، طول آونگ را تا 1000± 5mm تنظیم کنید، مکان مربوط به آن، ارتفاع چهارچوب و تراز بودن دستگاه را تنظیم کنید، بطوریکه گوی آونگ بعد از اینکه آویزان شده و ساکن می شود، در 1.5 cm قبل از پنل قرار بگیرد. منحنی موازی و هم ردیف خط وسط درجه می باشد.
کلید الکترومگنت را در حالت جذب ” attract ” قرار دهید تا باعث شود گوی آونگ به طور قابل ملاحظه ای نوسان داشته باشد. هنگامی که گوی آونگ جذب شده است، باید دقیقاً در مرکز هسته الکترو مغناطیس قرار بگیرد ( در غیر اینصورت طول آونگ باید تنظیم شود)؛ در عین حال منحنی باید در 1 تا 2mm سمت راست خط انتهایی راست در درجه قرار بگیرد (در غیر اینصورت مکان ثابت افقی الکترومگنت باید تنظیم شود).
بعد از اتمام کارهای بالا، کلید موتور را روشن کنید، تا وقتی که چرخش آرام شود صبر کنید و کلید الکترومغناطیس را در حالت رها “release ” قرار دهید، یعنی آزاد کردن گوی آونگ بطور اتوماتیک و همزمان. پیچ تنظیم سرعت را تنظیم کنید تا لومینوترون بطور کامل با گوی آونگ در طول چندین دوره زمانی هنگامی که تضعیف نوسان گوی قابل توجه نیست، از نظر زمانی مطابقت داشته باشد.
- در طول تدریس ریاضیات، ما می توانیم از ابزار کنترل کلید موتور استفاده کنیم تا تغییرات مداوم توابع سینوس و کسینوس را آموزش دهیم ( نیرو: در محدوده6 V).
- تجزیه و تحلیل نمودار نوسان
از دو خط مستقیم استفاده کنید تا بالاترین و پایین ترین نقطه هر دوره زمانی در نمودار را به ترتیب به هم وصل کنید، محور زمان را در وسط مکان 2/1 دو خط به هم پیوسته رسم کنید؛ محور مختصات تغییر مکان را در اولین مقدار پیک مثبت در سمت چپ منحنی رسم کنید.
از یک کولیس برای اندازه گیری مقادیر حداکثر تغییر مکان چندین دوره متفاوت استفاده کنید و مقدار متوسط را برای تعیین دامنه نوسان بدست آورید، از معادله X= A.coswt برای محاسبه مقادیر تغییر مکان مربوطه ( مقادیر تئوری ) در چندین محل خاص (برای مثال ,… π/3, π/4 , π/6 ) استفاده کنید.
برطبق مکانهای خاص انتخاب شده، از یک کولیس برای اندازه گیری مقادیر واقعی تغییر مکان در اجزای مربوطه در یک دوره منحنی استفاده کرده و آنها را به عنوان مقادیر اندازه گیری شده در نظر بگیرید. همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است، مقادیر را در یک جدول قرار داده و خطاهای مربوطه را محاسبه کنید.
- مواردی که در نگهداری و کار با دستگاه باید مورد توجه قرارگیرد:
- دستگاه باید در مکانی قرار داده شود که خشک، تمیز و عاری از گازهای خورنده باشد.
- قسمتهای چرخان را مرتباً روغنکاری کنید. دستگاه باید بعد از استفاده با یک روکش پوشانده شود.
- در هنگام استفاده از قلم رسم، می توانید ارتفاع قلم ( عمق قرارگیری ) را بر طبق ضخامت مورد نیاز منحنی نشان داده شده، تنظیم کنید. بعد از استفاده، باید قلم رسم را جدا کرده ( بوسیله جداسازی قلم به همراه درپوش آن) و آن را تمیز کنید.
- هنگامی که کاغذ به جلو برده می شود، شما می توانید گوی آونگ تک را بردارید. هنگامی که شرایط حرکت نقطه ترسیم و آونگ تک را مشاهده و مقایسه می کنید، برای کم شدن صدا، بایستی غلتک فشاردهنده کاغذ را باز کنید.
