Sklopljeno nihalo¹

Sklopljeno nihalo je sestavljeno iz teles z masama m1 in m2, povezanima z nitko (v splošnem z vzmetjo) s prožnostnim koeficientom k, katere maso zanemarimo. Če nitko odstranimo, niha vsako nihalo zase s frekvenco

 ^1.1    , torej niha z nihajnim časom

 ^1.2  , kjer je J vztrajnostni moment nihala in D koeficient navora. Ko obe nihali povežemo z nitko, ne moreta več nihati neodvisno, ampak vplivata drugo na drugo. Pravimo, da sta nihali sklopljeni. Račun pokaže, da lahko poljubno nihanje dveh sklopljenih nihal opišemo z linearno kombinacijo dveh sinusnih nihanj, ki jih imenujemo lastni nihanji. Frekvenci lastnih nihanj sta lastni frekvenci, nihajna časa pa lastna nihajna časa.

Utripanje^1.3

Če eno nihalo odklonimo medtem ko drugo držimo v ravnovesni legi in nato obe istočasno spustimo, pride do utripanja: energija se začne prenašati s prvega nihala na drugo in spet nazaj. Prvo nihalo ima največji odklon,ko drugo miruje in obratno.

Vsiljeno nihanje in resonanca^1.4

Nihalu nihanje lahko vsiljujemo (recimo nihalu, ki to povzroča, vsiljujoče nihalo): če to počnemo s frekvenco, ki je blizu lastni frakvenci nihala, to začne nihati. Amplituda nihanja narašča, dokler ni enako velika, kot je bila v začetku amplituda vsiljujočega nihala. V tem primeru sta nihali v resonanci. V primeru resonance je vsiljevana frekvenca enaka lastni frekvenci nihala. . Vsiljeno nihanje smo pri našem nihalu dosegli s pomočjo utripanja: ko je začelo nihati prvo nihalo se je začelo vzbujati drugo in obratno (ponovitev v drugo smer v našem poskusu nima pomena, saj je praktično nismo uporabili). Ker sta nihali enake dolžine je to zadosten pogoj, da pride do resonance – nihali imata namreč enako lastno frekvenco. Efekt resonance smo nakazali tako, da smo poleg glavnih dveh nihal na nit obesili še več nihal različnih dolžin – s posledično različno lastno frekvenco od nihala, ki prvo začne nihati – medtem ko nihali enake dolžine utripata, ostala ostanejo pri miru.

Natega²
V tem delu poskusa smo pokazali, kako lahko tekočino pretakamo iz posode v posodo s pripravo, ki jo imenujemo natega. Da se jo opisati kot neprekinjeno cev, ki omogoča črpanje tekočine iz rezervoarja, dokler je konec cevi postavljen nižje od rezervoarja, iz katerega želimo črpati. Natega deluje samo, če je cev polna tekočine.

Tekočina se na svoji poti skozi natego dvigne nad nivo, ki ga zaseda v rezervoarju. Oba konca cevi (A in C) sta izpostavljena skoraj enakemu zračnemu tlaku, razlika v hidrostatskem tlaku^2.1 pa požene vodo po cevi. Seveda cev ne sme puščati, sicer tekočina izteče iz cevi na obeh koncih (nič več ne nasprotuje sili teže na začetnem »vzpenjajočem se« odseku cevi). Kavitacija, do katere pride na področjih nizkega tlaka znotraj cevi, lahko povzroči prekinitev tega učinka. V našem poskusu smo imeli omejitev najmanjšega premera; ta premer je tak, da je malo večji od premera kroglice.

Višina in hitrost

Višina natege je seveda omejena. Glavni vpliv na to ima zračni tlak (Patm), parni tlak in gostota tekočine (ρ). Pri eni atmosferi je za vodo ta višina približno 10 m. Račun za določanje največje višine je dokaj preprost in jasno pokaže razmerje med težo vode v stolpcu in zračnim tlakom, ki ji nasprotuje:

 ^2.2

Za naš poskus pa je ključna hitrost toka v nategi, kakor jo opisuje spodnja enačba (oznake se enake kot prej, z izjemo hB, ki predstavlja višinsko razliko med najvišjo točko, skozi katero tekočina potuje v nategi, in površino vode v prvem rezervoarju).
^2.3
Opomba: enačba predpostavlja, da je začetek cevi (A na prvi skici) postavljen višje od njenega konca.

Potisk kroglice

Ko damo v cev natege kovinsko kroglico, ki ima premer malo manjši kot notranji premer natege, se med eno in drugo stranjo kroglice ustvari razlika tlakov, ki nato potisneta kroglico po cevi navzgor. Dokler kroglica miruje, voda ne more prosto teči. Ker natega vleče vodo z neko hitrostjo skozi, se tudi hitrost kroglice tej hitrosti približuje. To predvsem sledi iz tega, da je voda viskozna^2.4 in nestisljiva oziroma težko raztegljiva.

Viri

¹ Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 139-141

^1.1 Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 137

^1.2 Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 137

^1.3 Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 141,142

^1.4 Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 143-147

² Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 128

^2.1 Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 111

^2.2 Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 127-129

^2.3 Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 127-129

^2.4 Strnad, J.: Fizika 1, Ljubljana, Založba DMFA, 1995, str. 109-111