THE EXPERIMENTAL STUDY OF REAL AND IDEAL HARMONIC OSCILLATORS

Abstract

The following research was dedicated to studying and experimenting with harmonic oscillators of all kinds. The used equipment was a portable computer, the “PASCO Spark”, a force sensor, 3 different springs and weights. The portable computer is responsible for storing the data received from the force sensor, and constructing a “Force-Time” graph. The force sensor has a range of ±50 N, an accuracy of 0.1 N and a recording speed of up to 1000 Hz. It is also equipped with a reset button to automatically set it to 0 N. The springs used in the experiment differed in damping. The first spring had a very low damping coefficient, so after the weight was released they continued oscillating for a very long time, fading away only very slightly. The second spring had a medium damping coefficient, so the time it took for the oscillations to fade was much shorter, then with the first spring. The third spring however had a very high damping coefficient, so the oscillations only continued for about 6 seconds. The experiment itself was performed by hanging a weight on the spring, and starting the data recording as soon as the weight is dropped. In all 3 experiments the data was recorded at a frequency of 100 Hz. Afterwards, the computer built “Force-Time” graphs for every experiment. This allowed us to visualize the difference between the 3 springs. The computer used in the experiment has a very useful ability of generating functions for graphs. This can be done in order to study ideal harmonic oscillations. The function generated from the graph continues forever, and can be used for further research in the field of beats, which are automatically calculated and simulated by the computer. Thanks to the precise data recording equipment human errors can be minimized, which leads to very little inaccuracies in calculations.

Cercetări de faţă sunt dedicate studierii şi experimentării cu oscilatoare armonice de toate tipuri. Echipamentul utilizat era calculator portativ „PASCO Spark‖, senzor de forţă, 3 arcuri diferite şi greutăţi. Calculator portativ este responsabil de stocarea datelor primite de la senzorul de forţă şi de construirea dependenţei „Forţă-Timp‖. Senzorul de forţă are diapazonul ±50 N, precizie de 0,1 N şi viteza de înregistrare de pînă la 1000 Hz. Acesta este, de asemenea, echipat cu un buton de resetare pentru a-l ajusta automat la 0 N. Arcurile folosite în experiment diferă după coeficientul de elasticitate. Primul arc avea coeficientul de elasticitate foarte mic, astfel încît după ce arcul era încărcat cu greutate ei continua să oscileze pentru un interval de timp îndelungat, dispărea doar foarte încet. Al doilea arc avea coeficientul de elasticitate mediu, astfel timpul de amortizare era mult mai scurt, decît la primul arc. Însă al treilea arc avea coefficient de elasticitate foarte mare, întrucît oscilaţiile au continuat numai aproximativ 6 s. Însăşi experimentul a fost efectuat prin atîrnarea greutăţii de arcul, iar înregistrarea datelor a început îndată ce greutatea era eliberată. În toate cele 3 experimente înregistrarea datelor a fost efectuată la frecvenţa de 100 Hz. Pe urmă calculatorul construia dependenţa „Forţă-Timp‖ pentru fiecare experiment. Aceasta ne-a permis să vizualizăm diferenţa dintre cele trei arcuri.Calculatorul utilizat în experiment are o capacitate foarte utilă de a genera funcţii pentru grafice. Acest lucru poate fi făcut în scopul de a studia oscilaţii armonice ideale. Funcția generata din grafic este incontinuă și poate fi utilizată pentru continuarea cercetărilor în domeniul bătăilor, care sunt calculate automat şi simulate la calculator. Datorită echipamentului precis de înregistrare a datelor erorile umane pot fi minimizate, ceea ce duce la erori foarte mici în calcule.