Віртуальна лабораторна робота № 4. Дослідження коливань нитяного маятника (Засєкіна 9 клас)

• Назад до змісту довідника
• Перейти до параграфа § 8. Досліджуємо коливальний рух

Тема: Дослідження коливань нитяного маятника.

Мета: експериментально з’ясувати, як період коливань нитяного маятника залежить від його довжини, маси тягарця та прискорення вільного падіння.

Обладнання: комп’ютер або смартфон, симуляція PhET «Лабораторія маятників» (Pendulum Lab).

---

Віртуальна симуляція

🔗 Відкрити симуляцію «Лабораторія маятників» (PhET)

Ознайомлення із симуляцією

1. Відкрий симуляцію «Лабораторія маятників» і переглянь режими «Вступ» та «Лабораторія».
2. Знайди елементи керування: довжина маятника, маса, параметри середовища/гравітації, інструменти вимірювання.
3. Відхили маятник на однаковий кут (орієнтовно 30°), запусти коливання та потренуйся визначати період.
4. Після тренування скинь параметри (кнопка «скидання/оновлення») і переходь до вимірювань.

Мінізапитання: Який інструмент зручніший для тебе — секундомір чи таймер періоду? Поясни.
Відповідь: Зручнішим є таймер періоду, оскільки він автоматично реєструє час рівно одного повного коливання, виключаючи похибку реакції людини при натисканні кнопок.

---

Хід роботи

Завдання 1. Як впливає довжина маятника на період?

Умова досліду: кут відхилення (~30°), маса ($m = 1{,}0\text{ кг}$) та гравітація ($g = 9{,}8\text{ м/с}^2$) сталі; тертя вимкнене. Змінюється довжина.

1. Установи довжину 0,40 м, відхили маятник до ~30° і виміряй період одного коливання. Запиши у таблицю 1.
2. Зміни довжину (2-й дослід), повтори вимірювання за того самого кута та запиши результат.
3. Проведи 3-й дослід з іншою довжиною та заповни таблицю повністю.

Проміжний висновок (1–2 речення): Зі збільшенням довжини маятника його період коливань зростає прямо пропорційно квадратному кореню з довжини ($T \sim \sqrt{l}$).

Завдання 2. Чи впливає маса тягарця на період?

Умова досліду: кут відхилення, довжина ($l = 0{,}80\text{ м}$) та гравітація сталі; тертя вимкнене. Змінюється маса.

1. Установи довжину 0,80 м.
2. Для 1-го досліду задай масу 0,50 кг, запусти коливання з ~30° та виміряй період. Запиши у таблицю 2.
3. Задай іншу масу (2-й дослід), повтори вимірювання та запиши результат.
4. Задай ще одну масу (3-й дослід), повтори вимірювання й заповни таблицю.

Таблиця 2. Період маятника за різних мас

Проміжний висновок (1–2 речення): За незмінних інших умов маса тягарця не впливає на період коливань нитяного маятника (період залишається сталим).

Завдання 3. Як впливає гравітація на період?

Умова досліду: кут відхилення, маса ($1\text{ кг}$) і довжина ($1\text{ м}$) сталі; тертя вимкнене. Змінюється гравітація (небесне тіло).

1. Перейди до режиму «Лабораторія». Увімкни секундомір або таймер періоду.
2. Установи довжину 1 м і масу 1 кг.
3. Дослід 1: обери Місяць, виміряй період та запиши у таблицю 3.
4. Дослід 2: обери Землю, повтори вимірювання та запиши результат.
5. Дослід 3: обери Юпітер, повтори вимірювання та запиши результат.

Таблиця 3. Період маятника за різної гравітації

Проміжний висновок (2–3 речення): Зі зростанням прискорення вільного падіння $g$ (від Місяця до Юпітера) період коливань маятника зменшується: $T \sim \dfrac{1}{\sqrt{g}}$. На планетах із сильнішою гравітацією коливання відбуваються частіше.

---

Графік залежності періоду від довжини маятника $T(l)$