تجربة استهلالية: دراسة الحركة التذبذبية لجسم معلق في نابض

تجربة: كيف تؤثر الكتلة المعلّقة في الزمن الدوري؟

• المواد والأدوات:
• نابض، حامل فلزي، ساعة إيقاف، حامل لتعليق الكتل.
• كتل مقدار كل منها ($50\ \text{g}$)، ومسمار (مؤشر).

أصوغ فرضيتي: حول العلاقة بين الكتلة المعلقة بنابض والزمن الدوري لنظام (الكتلة-النابض).

أختبر فرضيتي: أقيس زمن الذبذبات

• بالتعاون مع أفراد مجموعتي أنفذ الخطوات الآتية.

1. أركّب الأدوات كما هو مبيّن في الشكل المجاور، وأعلّق حامل الكتل بطرف النابض من دون إضافة كتل عليه، وأسجّل كتلته.

2. أسحب حامل الكتل رأسياً إلى الأسفل (مسافة $5\ \text{cm}$ مثلاً) وأضبط المؤشر عند نقطة بداية الحركة، ثم أتركه يتذبذب إلى الأعلى وإلى الأسفل.

• 3. أجرّب:
• أقيس الزمن اللازم لإتمام 10 ذبذبات مثلاً.

• 4. أستخدم الأرقام:
• أحسب الزمن الدوري ($T$) بقسمة الزمن اللازم لإتمام 10 ذبذبات على 10.
• ثم أحسب مربع الزمن الدوري ($T^2$).
• 5. أجرّب:
• أضيف كتلة ($50\ \text{g}$) إلى الحامل وأكرّر الخطوات السابقة.
• أحرص على سحب الكتلة إلى الأسفل للمسافة نفسها قبل تركها.

6. أكرّر خطوات التجربة بزيادة الكتل المعلّقة بالحامل تدريجياً، بإضافة ($50\ \text{g}$) في كل مرّة.

التحليل والاستنتاج: ماذا تقول النتائج؟

• أستنتج: يُحسب الزمن الدوري لنظام (النابض-الكتلة) من العلاقة:

• وبتربيع هذه العلاقة فإن:

أضبط المتغيرات: أحدّد المتغير المستقل، والمتغير التابع، ومتغيرين ضُبطا في التجربة.

أمثّل البيانات التي أحصل عليها بيانياً؛ الكتلة ($m$) على محور ($x$) ومربع الزمن الدوري ($T^2$) على محور ($y$)، ثم أحسب ميل الخط ($\frac{\Delta T^2}{\Delta m}$).

أستخدم هذه العلاقة، وأعوّض ميل الخط المستقيم ($\frac{\Delta T^2}{\Delta m}$) الذي حسبته، لأتوصل إلى ثابت المرونة للنابض ($k$).

أصدر حكماً عما إذا كانت النتائج قد توافقت مع فرضيتي أم لا.