III. Giải pháp
b) Thí nghiệm khảo sát dao động tắt dần
* Mục đích: Ghi và phân tích được đồ thị thực nghiệm của dao động tắt dần.
Phương án 1. Thí nghiệm ghép nối với máy tính khảo sát dao động tắt dần
* Dụng cụ và bố trí thí nghiệm
Kết nối cảm biến lực (1) với máy vi tính có phần mềm Coach 7 (7) thông qua thiết bị chuyển đổi (2). Treo cảm biến vào giá đỡ (6). Cài đặt các thông số trên phần mềm Coach 7: tần số lấy mẫu: 50 số liệu/s, thời gian lấy mẫu: 10s, loại đồ thị biểu diễn: F-t. Vật nặng khối lượng m (3) ghép với lò xo có độ cứng k (4). Hệ con lắc lò xo một đầu treo vào cảm biến lực, đầu còn lại nhúng trong bình đựng chất lỏng (5). Trong quá trình dao động, sự tương tác giữa vật và môi trường lỏng sinh ra ma sát nhớt làm cản trở chuyển động. Cảm biến đo lực tác dụng vào điểm treo, ghi lại số liệu trên phần mềm và hiển thị đồ thị tương ứng.
Bố trí thí nghiệm dao dộng của con lắc lò xo trong chất lỏng
* Các bước thực hành
- Kích thích vật nặng dao động ổn định bằng cách sử dụng nam châm hút vật về phía đáy bình rồi thả ra, lưu ý giữ cho trục của lò xo luôn theo phương thẳng đứng.
- Khi vật bắt đầu dao động, phần mềm sẽ tự động ghi lại các số liệu và hiển thị đồ thị lực tác dụng vào vật theo thời gian như đã cài đặt trước.
33
Đồ thị dao động tắt dần của con lắc lò xo trong nước
Phân tích đồ thị thu được từ mô hình, fit hàm theo dạng đồ thị thu được ta thấy phương trình dao động tắt dần của vật chịu tác dụng của lực ma sát nhớt có dạng
( ) . tsin
x t A e t .
Phương án 2. Thí nghiệm phân tích Video khảo sát dao động tắt dần bằng
* Chuẩn bị:
- Video quay thí nghiệm tắt dần của con lắc lò xo trong chất lỏng, chú ý bố trí và tiến hành thí nghiệm tương tự như khi khảo sát bằng cảm biến lực (không treo con lắc lên cảm biến mà treo trực tiếp trên giá đỡ), phương quay phải chọn để con lắc dao động thẳng đứng, màu sắc vật dao động tương phản với màu nền, tốc độ quay đảm bảo trong 1 chu kì dao động của vật lấy được ít nhất 9 số liệu (hầu hết các điện thoại thông minh hiện tại đều đáp ứng được yêu cầu này).
- Máy tính cài Coach 7.
Giao diện màn hình phân tích Video dao động tắt dần * Các bước thực hiện
34 - Trên cửa sổ Video, đặt thước đo, hệ tọa độ, chọn “Đánh dấu điểm” và di chuyển điểm đánh dấu về vị trí vật để máy tính tự động ghi lại tọa độ của chất điểm sau mỗi một khung hình.
- Chuẩn bị đồ thị P1(Y) theo t.
- Khởi động đo trên Coach 7, vị trí của vật theo thời gian sẽ được ghi lại.
* Kết quả và phân tích
Đồ thị dao động tắt dần của con lắc lò xo trong nước
Phân tích đồ thị thu được từ mô hình, fit hàm theo dạng đồ thị thu được ta thấy phương trình dao động tắt dần của vật chịu tác dụng của lực ma sát nhớt có dạng
( ) . tsin
x t A e t .