Виртуальная лаборатория общей физики: «Механические колебания и волны»

Программный комплекс включает 12 виртуальных лабораторных работ из курса общей физики для студентов высших и средних учебных заведений:

  1. Гармоническое колебание подвесного маятника;
  2. Эллиптическое колебание подвесного маятника;
  3. Маятник с переменным ускорением свободного падения;
  4. Реверсивный маятник Катера;
  5. Простые гармонические колебания;
  6. Крутильный маятник Поля;
  7. Вынужденные гармонические крутильные колебания;
  8. Связанные колебания;
  9. Механические волны;
  10. Скорость распространения звука в воздухе;
  11. Стоячие звуковые волны;
  12. Распространение звука в стержнях.

Виртуальный лабораторный практикум реализован в виде комплекса кроссплатформенных графических приложений, поставляемых под различные операционные системы: Microsoft Windows, Linux, MacOS, iOS, Android, а также в виде веб-приложений на основе технологии HTML5, обеспечивающих возможность дистанционного выполнения лабораторных работ в веб-браузере. Графическая составляющая программного обеспечения использует программный интерфейс и компонентную базу OpenGL 2.0.


МИНИМАЛЬНЫЕ СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ:

  • Версия ОС (только для Windows-версии): Windows 7 или выше;
  • Процессор: Intel Celeron / Athlon Sempron или выше (CPU частота: 1.8 ГГц);
  • Память: 2 ГБ RAM;
  • Графика: OpenGL 2.0 совместимая видеокарта (512 МБ VRAM);
  • DirectX (только для Windows-версии): версия 9.0.c;
  • Дисковое пространство: 300 МБ.

1. Гармоническое колебание подвесного маятника

Цели лабораторной работы: измерение периода колебаний подвесного маятника в зависимости от длины и массы маятника; определение ускорения свободного падения.


2. Эллиптическое колебание подвесного маятника

Цели лабораторной работы: демонстрация эллиптического колебания подвесного маятника в виде двух перпендикулярных составляющих для различных начальных условий; наблюдение колебаний подвесного маятника при различных значениях фазового сдвига.


3. Маятник с переменным ускорением свободного падения

Цели лабораторной работы: измерение периода колебаний маятника в зависимости от эффективной составляющей ускорения свободного падения; измерение периода колебаний маятника в зависимости от длины маятника.


4. Реверсивный маятник Катера

Цели лабораторной работы: ознакомление с принципом работы реверсивного маятника; определение периода колебаний и определение локального значения ускорения свободного падения.


5. Простые гармонические колебания

Цели лабораторной работы: регистрация гармонических колебаний пружинного маятника в зависимости от времени с помощью ультразвукового датчика движения; определение периода колебаний для различных комбинаций жесткости пружины и массы подвешенного груза.


6. Крутильный маятник Поля

Цели лабораторной работы: измерение периода колебаний маятника при различных значениях вихревого тока торможения; определение константы демпфирования крутильного маятника.


7. Вынужденные гармонические крутильные колебания

Цели лабораторной работы: измерение амплитуды вынужденных колебаний крутильного маятника в зависимости от частоты возбуждения для различных значений демпфирования; наблюдение фазового сдвига между возбуждением и фактическими колебаниями; демонстрация резонанса.


8. Связанные колебания

Цели лабораторной работы: наблюдение связанных колебаний в фазе, противофазе и в общем случае; определение периодов колебаний для каждого случая; определение периода биения; сравнение экспериментальных и теоретических значений периодов.


9. Механические волны

Цели лабораторной работы: образование стоячей поперечной волны вдоль натянутой веревки; измерение внутренней частоты как функции количества узлов волны; определение длины волны и скорости распространения волны.


10. Скорость распространения звука в воздухе

Цели лабораторной работы: измерение времени распространения звукового импульса в воздухе в зависимости от температуры и расстояния между двумя микрофонными зондами; подтверждение линейной зависимости между расстоянием и временем; подтверждение вывода Лапласа.


11. Стоячие звуковые волны

Цели лабораторной работы: наблюдение стоячих звуковых волн в трубке Кундта; определение амплитуды звуковой волны в зависимости от заданной частоты; определение частоты и длины волны, соответствующих первому резонансу; определение скорости распространения волны по резонансным частотам.


12. Распространение звука в стержнях

Цели лабораторной работы: анализ с помощью осциллографа влияния материала и длины стержней на звуковые импульсы; определение скорости распространения продольных звуковых волн в материалах с течением времени; определение модуля упругости материалов и их плотности по скорости распространения продольных звуковых волн.