Pegas berbeban – gerak harmonik sederhana
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
Sebuah beban bermassa m yang terikat pada pegas dengan konstanta k ditarik sejauh amplitudo A lalu dilepas. Amati beban berosilasi dan grafik simpangan x(t); periode T = 2π√(m/k) langsung diperbarui sehingga Anda dapat membandingkannya saat mengubah m dan k. Layar Lingkaran acuan menampilkan titik P yang bergerak melingkar beraturan pada lingkaran berjari-jari A; proyeksinya bergerak persis seperti beban, x = A·cos(ωt + φ), lengkap dengan grafik x, v, dan a yang terhubung serta fase awal φ yang dapat diatur.
Pelajaran: Gerak harmonik sederhana, sistem pegas–massa
Yang ditunjukkan
Beban pada pegas yang ditarik dari posisi setimbang lalu dilepas melakukan gerak harmonik sederhana: gaya pemulih F = −kx membuat percepatan selalu mengarah ke posisi setimbang, dan periode T = 2π√(m/k) tidak bergantung pada amplitudo (hukum Hooke, tanpa gesekan). Layar Lingkaran acuan menunjukkan mengapa x(t) berbentuk kosinus: titik yang bergerak melingkar beraturan pada lingkaran berjari-jari A dengan kecepatan sudut ω = √(k/m) memiliki proyeksi yang bergerak persis seperti beban, x = A·cos(ωt + φ). Kecepatan dan percepatan sentripetal titik itu terproyeksi menjadi v dan a, dan sudut awalnya adalah fase φ.
Cara menggunakan
Di Pegas berbeban, atur nilainya, perkirakan periodenya, lalu tekan Lepas / Jeda dan bandingkan dengan T. Di Lingkaran acuan, pilih Fase awal φ lalu tekan Atur ulang untuk melihat titik awal gerak, pilih Pemutaran yang lebih lambat, dan ikuti bagaimana P, proyeksinya, beban, serta grafik x, v, dan a bergerak bersama. Ubah Konstanta pegas k atau Massa m, amati perubahan ω, lalu kerjakan kedua tugas.
Parameter yang dapat diubah
- Konstanta pegas 10–200 N/m
- Massa 0,1–2 kg
- Amplitudo 1–10 cm
- Tampilkan grafik x(t)
- Layar Pegas berbeban, Lingkaran acuan
- Fase awal φ (lingkaran acuan) -180–180 °
- Tampilkan vektor kecepatan dan percepatan
Pertanyaan untuk dijelajahi
- Bagaimana Anda harus mengubah k atau m agar periode getaran menjadi setengahnya?
- Di mana titik P saat beban bergerak paling cepat, dan di mana saat percepatannya terbesar?
- Fase awal φ berapa yang membuat beban mulai dari O dan bergerak ke arah positif?
