Probni period: svi časovi su besplatni — video, pitanja, rešeni zadaci i test, i bez naloga.

Oscilacije na opruzi — od čega zavisi koliko brzo telo titra?

Telo vezano za oprugu kao mehanički oscilator: elastična sila F = k·x vraća telo u ravnotežni položaj, krutost opruge k, period oscilovanja T = 2π√(m/k) (zavisi od mase i krutosti, ne od amplitude) i istegnutost vertikalne opruge Δl = mg/k.

Video

Marko okači teg o oprugu, povuče ga naniže i pusti. Teg titra gore-dole u istom ritmu, iznova i iznova. Kad doda teži teg, titranje postane sporije. Od čega zavisi taj ritam? Pogledaj video, pa nastavi čas.

Pojmovi

Telo na opruzi je oscilator
Telo vezano za oprugu je mehanički oscilator. Zamisli telo koje klizi bez trenja po stolu i oprugom je vezano za zid. Dok telo miruje, opruga nije ni sabijena ni istegnuta — to je ravnotežni položaj.
Elastična sila vraća telo
Kad telo pomeriš iz ravnotežnog položaja, opruga ga elastičnom silom vuče nazad. Ta sila je srazmerna elongaciji (pomeraju iz ravnotežnog položaja): $F = k \cdot x$. Zato telo titra oko ravnotežnog položaja.
Krutost opruge
Koeficijent $k$ zove se krutost opruge. Pokazuje koliko je opruga „tvrda“ — veća $k$ znači tvrđu oprugu. Jedinica je njutn po metru: $k = \dfrac{F}{x}$, $[k] = \mathrm{N/m}$.
Kako teče oscilovanje
U amplitudnom položaju telo na trenutak stane (brzina je nula), a elastična sila je najveća. U ravnotežnom položaju sila je nula, a brzina najveća. Tako se brzina i sila stalno smenjuju.
Period oscilovanja
Vreme jedne pune oscilacije je period $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{k}}$. Veća masa znači sporije titranje (veći period), a tvrđa opruga (veće $k$) znači brže titranje.
Period ne zavisi od amplitude
Koliko god jako gurneš telo, period ostaje isti — zavisi samo od mase tela i krutosti opruge, a ne od amplitude. (Slično kao kod klatna, čiji period zavisi samo od dužine.)
Vertikalna opruga
Kad telo visi o vertikalnoj opruzi, period titranja je isti kao kod horizontalne. Samo, ovde opruga u ravnoteži nije opuštena — već je istegnuta, jer elastična sila mora da uravnoteži silu teže: $mg = k \cdot \Delta l$, pa je istegnutost $\Delta l = \dfrac{mg}{k}$.

Formule

Elastična sila
F = k \cdot x
OznakaŠta značiJedinica
$F$elastična silaN
$k$krutost oprugeN/m
$x$elongacija (pomeraj iz ravnotežnog položaja)m

Krutost iz sile i pomeraja: $k = \dfrac{F}{x}$.

Period oscilovanja na opruzi
T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}
OznakaŠta značiJedinica
$T$periods
$m$masa telakg
$k$krutost oprugeN/m

Veća masa → veći period (sporije); veće k → manji period (brže). Ne zavisi od amplitude. Uzmi π ≈ 3,14.

Istegnutost vertikalne opruge
\Delta l = \frac{mg}{k}
OznakaŠta značiJedinica
$\Delta l$istegnutost u ravnotežnom položajum
$m$masa telakg
$g$ubrzanje Zemljine teže ≈ 10m/s²
$k$krutost oprugeN/m

U ravnotežnom položaju elastična sila uravnotežuje silu teže.

Pitanja

Pitanje 1 od 10

1. Šta je telo vezano za oprugu?

2. Koja sila vraća telo u ravnotežni položaj?

3. Čemu je srazmerna elastična sila opruge?

4. Formula za elastičnu silu je:

5. Šta je krutost opruge k?

6. Gde je brzina tela najveća?

7. Gde je elastična sila najveća?

8. Od čega zavisi period oscilovanja na opruzi?

9. Ako okačiš teži teg, titranje je:

10. Da li period zavisi od toga koliko jako gurneš telo (amplitude)?

Rešeni zadaci

Zadatak 1

Opruga se pod silom 30 N istegne za 0,15 m. Kolika je krutost opruge?

  1. $k = \dfrac{F}{x} = \dfrac{30\ \mathrm{N}}{0{,}15\ \mathrm{m}} = 200\ \mathrm{N/m}$
    Silu podelimo elongacijom.
Odgovor: Krutost opruge je 200 N/m.
Zadatak 2

Telo mase 2 kg visi o opruzi krutosti 50 N/m. Koliko je opruga istegnuta? (g = 10 m/s²)

  1. $\Delta l = \dfrac{mg}{k} = \dfrac{2\ \mathrm{kg} \cdot 10\ \mathrm{m/s^2}}{50\ \mathrm{N/m}} = 0{,}4\ \mathrm{m}$
    Silu teže podelimo krutošću.
Odgovor: Opruga je istegnuta 0,4 m.
Zadatak 3

Telo mase 0,5 kg osciluje na opruzi krutosti 50 N/m. Koliki je period? (π ≈ 3,14)

  1. $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{k}} = 2 \cdot 3{,}14 \cdot \sqrt{\dfrac{0{,}5}{50}} = 6{,}28 \cdot 0{,}1 = 0{,}628\ \mathrm{s}$
    Uvrstimo m i k i izračunamo koren.
Odgovor: Period je oko 0,63 s.

Test

Kod računskih zadataka reši u svesci i upiši rezultat (decimalni broj sa zarezom, npr. 2,5), a kod ostalih izaberi tačan odgovor.

Zadatak 1

Opruga se pod silom 70 N istegne za 0,2 m. Kolika je krutost opruge?

N/m

Zadatak 2

Opruga krutosti 320 N/m istegnuta je za 0,4 m. Kolika elastična sila deluje?

N

Zadatak 3

Telo mase 6 kg visi o opruzi krutosti 300 N/m. Koliko se opruga istegne? (g = 10 m/s²)

m

Zadatak 4

Dva ista tega okačiš na istu oprugu jedan za drugim (veća masa). Kako se menja period?

Zadatak 5

Isto telo gurneš prvo malo, pa jako (veća amplituda). Kako se menja period?

Bravo, čas je završen!

—pitanja iz prve
—zadataka na testu

Želiš sertifikat? Napravi besplatan nalog, pa uradi test još jednom (treba bar 3 od 5 tačno). Rezultati se tada čuvaju, a sertifikat možeš da odštampaš ili podeliš.

Napravi besplatan nalog

Pohvali se i pozovi drugara:

Sledeći čas: 3. Energija pri oscilovanju — kuda nestane brzina na vrhu zamaha?

Još časova — Nikola Stanković