جواب فعالیت 3-2 صفحه 65 درس 3 فیزیک دوازدهم ریاضی (نوسان و موج)

برای انجام این آزمایش و اثبات عملی روابط مربوط به دوره تناوب در سامانه جرم-فنر، به یک کرنومتر، خط‌کش، مجموعه‌ای از وزنه‌ها با جرم‌های مشخص و چند فنر با میزان سفتی (ثابت فنر) متفاوت نیاز دارید. مراحل انجام کار برای اثبات هر بخش به شرح زیر است:

الف بررسی رابطه \(T \propto \sqrt m \) (با فرض ثابت بودن فنر)

1 یک فنر مشخص را انتخاب کرده و از تکیه‌گاه آویزان کنید تا ثابت فنر (k) در طول این مرحله تغییر نکند.

2 وزنه‌ای با جرم معین (مثلاً m₁) را به انتهای فنر متصل کنید.

3 وزنه را به اندازه کمی به سمت پایین بکشید و رها کنید تا نوسان آغاز شود.

4 با استفاده از کرنومتر، زمان لازم برای انجام ۱۰ نوسان کامل را اندازه بگیرید. با تقسیم این زمان بر عدد ۱۰، دوره تناوب (T₁) به دست می‌آید.

5 همین آزمایش را با وزنه‌های سنگین‌تری (مثلاً وزنه‌ای با جرم 4m₁) تکرار کرده و دوره تناوب جدید را محاسبه کنید.

ب بررسی رابطه \(T \propto \frac{1}{{\sqrt k }}\) (با فرض ثابت بودن وزنه)

1 این بار یک وزنه با جرم ثابت (m) را انتخاب کنید تا متغیر جرم در آزمایش حذف شود.

2 فنری با ثابت (k₁) را آویزان کرده و وزنه را به آن متصل کنید.

3 مانند مرحله قبل، سامانه را به نوسان درآورده و دوره تناوب (T₁) را با کرنومتر حساب کنید.

4 آزمایش را با فنرهای دیگری که نرم‌تر یا سخت‌تر هستند (ثابت فنر متفاوتی دارند) تکرار کنید و دوره تناوب هرکدام را ثبت کنید.

پ بررسی استقلال دوره تناوب از دامنه نوسان

1 یک فنر و یک وزنه مشخص را به هم متصل کنید تا هر دو متغیر m و k کاملاً ثابت بمانند.

2 وزنه را به اندازه یک فاصله کوچک (مثلاً ۲ سانتی‌متر از نقطه تعادل) بکشید، رها کنید و دوره تناوب را با دقت اندازه بگیرید.

3 آزمایش را متوقف کرده و مجدداً تکرار کنید؛ اما این بار وزنه را بیشتر بکشید (مثلاً ۴ سانتی‌متر) تا دامنه نوسان بزرگ‌تر شود و مجدداً دوره تناوب را حساب کنید.