נתון: גוף מסה $m=0.5\text{kg}$ על שולחן אופקי חלק, מחובר לקפיץ המחובר לקיר. בניסוי הראשון, הגוף נמשך למרחק \text{cm}$ מנקודת שיווי המשקל.
|
x (cm) |
-50 |
-30 |
-10 |
0 |
20 |
40 |
60 |
|
F (N) |
7.8 |
5.0 |
1.7 |
0 |
-3.0 |
-6.5 |
-9.4 |
לא כל תנועה מחזורית היא הרמונית פשוטה. דוגמה נגדית: תנועה מעגלית אחידה של גוף (התנועה מחזורית - חוזרת על עצמה בכל מחזור), אך אינה תנועה הרמונית פשוטה, מכיוון שהתאוצה בה קבועה בגודלה (תאוצה צנטריפטלית) ואינה פרופורציונית לתזוזה מנקודת שיווי משקל לאורך ציר יחיד ומכוונת אליה, כפי שנדרש בהגדרת תנועה הרמונית פשוטה.
מציבים את 7 נקודות המדידה על גרף (F בציר Y, x בציר X) ומעבירים קו מגמה (רגרסיה לינארית).
שיפוע קו המגמה (ביחידות SI, $x$ במטרים):
$$\text{שיפוע} = -k \approx -15.86\text{N/m} \quad\Rightarrow\quad k\approx15.86\text{N/m}$$ $$\omega = \sqrt{\frac{k}{m}} = \sqrt{\frac{15.86}{0.5}} \approx 5.63\text{rad/s}
המהירות מקסימלית בנקודת שיווי המשקל, $x=0$ (שם הכוח וגם התאוצה מתאפסים - תואם את נקודת החיתוך של קו המגמה עם ציר ה-x).
אמפליטודה (מהניסוי הראשון): $A=0.60\text{m}$
$$v_{max} = A\omega = 0.60\cdot5.63 \approx 3.38\text{m/s}\ \text{ב-}x=0
בניסוי השני הגוף יוצא משיווי משקל ($x=0$) עם מהירות התחלתית (שמאלה) כפולה מזו שחושבה בסעיף ד׳: $v_0=2\cdot3.38=6.76\text{m/s}$.
בתנועה הרמונית פשוטה, התדירות הזוויתית $\omega=\sqrt{k/m}$ תלויה רק בקבוע הקפיץ ובמסה - היא אינה תלויה באמפליטודה או במהירות ההתחלתית. מכיוון שאותו קפיץ (אותו $k$) ואותה מסה ($m$) משמשים בשני הניסויים:
התדירות בניסוי השני זהה (שווה) לזו שבניסוי הראשון. (רק האמפליטודה משתנה - גדלה פי 2, ל-$A_2=v_0/\omega\approx1.20\text{m}$ - אך לא התדירות.)