Getaran paksa dan resonansi – sistem pegas-massa yang digetarkan
FisikaGetaran dan gelombangUsia 16–17Lab virtual
Gunakan di kelas Anda: siswa membukanya lewat tautan atau kode QR, tanpa perlu akun.
Berikutnya di Getaran dan gelombang
Sistem pegas-massa horizontal digetarkan oleh vibrator yang memberikan gaya periodik F = F₀cos(2πft). Amati tahap transien lalu getaran stabil dengan frekuensi f gaya pemaksa, dan geser f bolak-balik untuk membangun kurva resonansi A(f) yang puncaknya berada pada frekuensi alami f₀. Ubah redaman untuk melihat puncak resonansi yang tajam atau landai; matikan gaya pemaksa untuk melihat getaran teredam.
Pelajaran: Getaran teredam, getaran paksa, dan resonansi
Yang ditunjukkan
Sistem pegas-massa yang dikenai gaya periodik mula-mula melewati tahap transien, lalu bergetar stabil pada frekuensi gaya pemaksa f, bukan pada frekuensi alaminya f₀ = (1/2π)√(k/m). Amplitudo keadaan stabil bergantung pada seberapa dekat f dengan f₀: grafik amplitudo terhadap f membentuk kurva resonansi yang memuncak di dekat f₀. Redaman, yang dimodelkan sebagai gaya sebanding kecepatan, membatasi tinggi puncak dan melebarkan kurva. Tanpa gaya pemaksa, getaran meluruh di dalam selubung eksponensial A₀e^(−bt/2m).
Cara menggunakan
Dengan redaman lemah, geser penggeser f sedikit demi sedikit dari di bawah f₀ hingga di atasnya. Setelah setiap perubahan, tunggu keadaan stabil; jika Catat otomatis saat stabil dicentang, setiap amplitudo ditambahkan ke kurva resonansi, atau tekan Catat A(f). Kecepatan yang lebih tinggi menghemat waktu. Centang Kurva teoretis untuk membandingkan, lalu ulangi dengan redaman sedang dan kuat. Terakhir, tekan Matikan vibrator untuk melihat getaran teredam meluruh.
Parameter yang dapat diubah
- Konstanta pegas 10–100 N/m
- Massa 0,1–1 kg
- Redaman Lemah (b = 0,2 kg/s), Sedang (b = 0,5 kg/s), Kuat (b = 1,2 kg/s)
- Amplitudo gaya pemaksa F₀ 0,02–0,2 N
- Frekuensi awal gaya pemaksa 0,2–3 Hz
- Gaya pemaksa aktif (mati: getaran teredam)
Pertanyaan untuk dijelajahi
- Pada keadaan stabil, apakah beban bergetar pada frekuensi alami atau frekuensi gaya pemaksa? Bagaimana Anda mengetahuinya?
- Bagaimana redaman yang lebih kuat mengubah amplitudo maksimum dan lebar kurva resonansi?
- Setelah vibrator dimatikan dengan redaman lemah, berapa lama amplitudo turun hingga sekitar 37% dari nilainya?
