حرکت هارمونیک ساده

دیدگاه کلی:  حرکت هارمونیک ساده نوع خاصی از نوسان معمولی و یک پدیده آشنا و رایج است و زمانی روی می دهد که یک شی حال در تعادل ، کمی از حالت تعادل خود خارج شود. نمونه های ساده ای از حرکت هارمونیک ساده وجود دارد که می توان آنها را به عنوان آزمایش های دم دستی انجام داد و این پدیده را به وضوح نشان داد.

اصطلاحات: انرژی جنبشی، شتاب، انرژی پتانسیل، هارمونیک، حرکت، نوسان، اصطکاک، سرعت، نیروی جاذبه.

اهداف

• هر دانش آموز حرکت هارمونیک ساده را با به نمایش گذاشتن مجموعه ای از آزمایش های ساده نوسان و توضیح تئوری نهفته در آن آزمایش برای دیگری نشان می دهد.

وسایل لازم

• مترونوم
• نخ هایی با طول های مختلف
• وزنه هایی با وزن های متفاوت
• تخته شیرجه
  

روش تدریس

1. آونگ – حرکت یک وزنه بسته به نخ یا همان آونگ ساده را نشان دهید و حرکت هارمونیک ساده را توضیح دهید. زمانی که وزنه به طرف پایین آویزان است، در حالت تعادل است. وقتی موازنه نیروهایش برهم بخورد، حرکت هارمونیک ساده نشان می دهد. جاذبه آن را به طرف حالت تعادل می کشاند اما اندازه حرکت آن را از موقعیت قبلی به موقعیت دیگری می برد. تاب خوردن آونگ به شتاب ناشی از جاذبه بستگی دارد. طول های مختلفی از نخ و وزنه های متفاوتی از وزنه را امتحان کنید و ببینید چه اتفاقی می افتد. در کدام حالت آهسته تر حرکت می کند با وزنه سنگین یا وزنه سبک؟ چه تفاوتی در سرعت مشاهده می کنید با طول نخ کوتاه و بلند؟ چه چیزهای دیگری مشاهده کردید؟
2. مترونوم – مترونوم مجموعهای به شکل یک آونگ معکوس است که وقتی در اثر نیرو به راه می افتد، حرکت هارمونیک ساده نشان می دهد. دوره تاب خوردن را می توان با تغییر موقعیت وزنه کوچک روی بازوی مترونوم تغییر داد. اگر وزنه تقریاب بالای بازو باشد، تاب خوردن بازو چه تغییری می کند، تندتر می شود یا کندتر؟ اگر وزنه به سمت پایین بازو برود، چه اتفاقی می افتد؟ آیا تاب خوردن در هر کدام از این موقعیت های تعادل، یکسان است؟
3. تخته شیرجه – این نوسان هارمونیک ساده زمانی شروع می شود که شخص، شیرجه خود را آغاز می کند. قبل از این، زمانی که شیرجه زننده می پرد تا به حداکثر ارتفاع برسد، تخته متحمل نوسان می شود. به یک شیرجه زننده هنگامی که شیرجه می زند نگاه کنید یا موقعیت مشابهی از شیرجه را در کلاس بازسازی کنید.

آیا به موقعیت های عملی دیگری از حرکت هارمونیک ساده فکر کرده اید؟

همه آنها را با هم امتحان کنید: از آسمان نمای تهران یا هر موزه عملی دیگری که ممکن است آونگی داشته باشد، بازدید کنید و در آنجا حرکت آونگ را در ارتباط با گردش زمین توضیح دهید. این مثال خوبی از حرکت هارمونیک ساده با نمایشی از ستارگان است.

مترجم: فاطمه وفایی