גלים אורכיים ורוחביים

הדגמת גל רוחבי בעזרת מיתר אלסטי.   הדגמת גל אורכי בעזרת קפיץ תלוי.

שני הניסויים נעזרים במנוע ויברציות.

ציוד נדרש:

  • מיתר אלסטי עם שקע בננה באורך 1.2מ'.
  • קפיץ עם שקע בננה.
  • מנוע ויברציות מחובר לבסיס כבד (חשוב!).
  • מחולל תדרים משתנה- Pasco (מיוחד עבור המנוע ויברציות)
  • מוט אלומיניום 1מ' מחובר לבסיס כבד.
  • 2 מערכות גלגלות + 2 תופסנים.
  • מוט אלומיניום 20 ס"מ + 2 תוספנים.
  • 2 משקולות 100 גר' + תופסן משקולות.
  • סרגל קשיח באורך מטר.
  • 2חיבורים חשמליים

 

תיאור הניסוי:

  • הדגמת גל רוחבי בעזרת מיתר אלסטי.
  • הדגמת גל אורכי בעזרת קפיץ תלוי.
  • שני הניסויים נעזרים במנוע ויברציות.

 

מילות מפתח:

  • יחס נפיצה במיתר.
  • יחס נפיצה בקפיץ.
  • גל עומד.
  • נקודות צומת (nodes) ומספר גל.
  • תדיריות עצמיות.
  • גל אורכי.
  • גל רוחבי.
  • רזוננס.

 

סרטון:

אופן ההדגמה:

  • אופן עבודה עם המנוע ויברציות:
    • חיבור וניתוק אלמנטים על המנוע מתבצע רק כאשר המנוע נמצא במצב "lock" וזאת בכדי שלא לגרום נזק למנוע.

    • את המנוע יש לחבר רק לספק התדרים הייחודי שלו.
  • אופן עבודה עם הספק התדרים:

  

    • חוגה ימנית – קובעת את האמפליטודה.
    • חוגה אמצעית – כיוון עדין של התדרים. קפיצות של 0.1 Hz
    • חוגה שמאלית – כיוון גס של התדרים. קפיצות של 1 Hz
    • נזכור כי הקשר
  • הדגמת גל רוחבי:
    • נחבר את השקע בננה של המיתר למנוע.
    • נעביר את המיתר דרך מערכת הגלגלות כמתואר בתמונה:

    • נתלה על המיתר משקולת 400 גר'.
    • התוצאות הבאות הינם עבור מרחק של 0.75 מ' (בין המנוע לבין קצה הגלגלת):
    • נתלה על המיתר משקולת נוספת של 400 גר'.
    • התוצאות הבאות הינם עבור מרחק של 0.75 מ' (בין המנוע לבין קצה הגלגלת):
    • ניתן לראות כי הכפלת המסה פי 2 משנה את  בפקטור של . (הערכה גסה)
  • הדגמת גל אורכי:
    • נוודא שהקפיץ מחוזק היטב בתופסן העליון.

    • נחבר את השקע בננה של הקפיץ למנוע.
    • על מנת שהתנודדות היו אך ורק רוחביות על הקפיץ להיות מאונך לחלוטין ביחס למנוע.
    • נמקם את הסרגל הקשיח בקרבת הקפיץ כאשר המוט אלומנים לוחץ עליו. (זאת בכדי למנוע רעידות של המעמד)

    • התוצאות הבאות הינם עבור מרחק של 0.625 מ' (בין המנוע לבין נקודת התלייה של הקפיץ):

 

רקע תאורטי:

  • יחס נפיצה במיתר:  כאשר  מסמל את מתיחות המיתר.  מסמל את המסה ליחידת אורך של המיתר.
  • יחס נפיצה בקפיץ: באשר  הוא קבוע הקפיץ.  ליחידת אורך.  אורך הקפיץ.
  • מספר הגל נקבע מתוך תנאי השפה כך ש:  באשר  הוא אורך המיתר.

 

הערות:

  • חשוב לעבוד עם בסיסים כבדים בכדי שהמערכת לא תיפול.
  • למיתר קיימות גם תנודות אופקיות הנגרמות מהקונפיגורציה של המערכת (הפרעה). על אף שהם לרוב לא מורגשות, במערכת קיימים תדרי רזוננס של ההפרעה שאותם ניתן לראות בבירור והם אינם רחוקים מהתדר הרזוננס של הגלים האנכיים. כאשר תדרי ההפרעה הללו נמצאים ברזוננס ניתן לראות מעין תופעה של פעימה בתנודות של הגל בין המישור האנכי לאופקי. (כיוון שתדרי הרזוננס קרובים, ניתן לחשוב על סופרפוזציה של שתי גלים עומדים היוצרים פעימה מרחבית)