懸掛重物彈簧上端下落速度研究

懸掛重物彈簧上端下落速度研究

摘要：本文對(duì)懸掛重物彈簧上端下落速度進(jìn)行了研究，利用了高速錄像機(jī)，KMPlayer軟件，mathematica8.0軟件等先進(jìn)設(shè)備記錄并測(cè)繪彈簧上端在下落時(shí)的速度;得出了在排除其他干擾因素下，彈簧自由下落時(shí)彈簧上端做勻速運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。Key：彈簧上端;速度;振動(dòng)圖像本文作者基于胡克定律的探究過(guò)程，偶然對(duì)彈簧在懸掛重物的情況下，彈簧上端在自由下落的過(guò)程中是否呈勻速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生疑惑，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行研究。在研究過(guò)程中，作者運(yùn)用大量的實(shí)驗(yàn)方法，采用精尖的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和相關(guān)圖像的繪制，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精準(zhǔn)。軟件運(yùn)用與物理探究融合，使新知獲得過(guò)程更具興趣化，更具探索性，是自我學(xué)習(xí)的有效途徑之一。而且，隨著科技發(fā)展，科技電子設(shè)備、物理實(shí)驗(yàn)與獲得新知相融合的現(xiàn)象越來(lái)越普及，本研究積極跟進(jìn)。本文利用彈簧自由下落時(shí)彈簧中各處張力與重力是平衡的原理研究了彈簧自由下落時(shí)彈簧上端是否呈勻速運(yùn)動(dòng)。一、研究過(guò)程（一）彈簧不懸掛重物時(shí)1.初始擺放圖像如圖1所示2.測(cè)量的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及繪制的圖像彈簧不懸掛重物時(shí)彈簧質(zhì)量為201.39g，彈簧水平原長(zhǎng)為5.72cm，彈簧豎直原長(zhǎng)119cm。用高速錄像機(jī)設(shè)置為每秒200幀的拍攝模式，拍攝彈簧不掛重物時(shí)，自由下落的視頻;使用KMPlayer軟件的捕獲功能將視頻轉(zhuǎn)為逐幀照片;使用mathematica8.0軟件讀取照片中彈簧上端下落時(shí)所處位置的橫坐標(biāo)點(diǎn);本研究讀取了以下七組截圖數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表1所示。將以上數(shù)據(jù)利用所得的橫坐標(biāo)點(diǎn)和下落的時(shí)間使用mathematica8.0軟件繪制出彈簧上端運(yùn)動(dòng)的速率圖像，得出彈簧上端下落的速率。3.研究結(jié)論由mathematica8.0軟件計(jì)算得出彈簧上端下落的速度為V=5.38m/s。從速率圖不難看出彈簧上端做勻速運(yùn)動(dòng)。（二）彈簧懸掛重物時(shí)1.初始擺放圖像如圖3所示2.測(cè)量的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及繪制的圖像彈簧不懸掛重物時(shí)彈簧質(zhì)量為201.39g，彈簧水平原長(zhǎng)為5.72cm，彈簧豎直原長(zhǎng)119cm，懸掛重物彈簧的豎直原長(zhǎng)16913cm，懸掛重物的質(zhì)量58.58g，懸掛重物彈簧的質(zhì)量25997g。用高速錄像機(jī)設(shè)置為每秒200幀的拍攝模式，拍攝彈簧懸掛重物時(shí)，自由下落的視頻;使用KMPlayer軟件的捕獲功能將視頻轉(zhuǎn)為逐幀照片;使用mathematica8.0軟件讀取照片中彈簧上端下落時(shí)所處位置的橫坐標(biāo)點(diǎn);本研究讀取了以下九組截圖數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表2所示。將以上數(shù)據(jù)利用所得的橫坐標(biāo)點(diǎn)和下落的時(shí)間使用mathematica8.0軟件繪制出彈簧上端運(yùn)動(dòng)的速率圖像，得出彈簧上端下落的速率。3.研究結(jié)論由mathematica8.0軟件計(jì)算得出彈簧上端下落的速度為V=6.19m/s。從圖片不難看出彈簧上端做勻速運(yùn)動(dòng)。二、研究結(jié)論在排除其他干擾因素下，彈簧自由下落時(shí)彈簧上端做勻速運(yùn)動(dòng)。Reference：[1]張婷，徐建明，董建偉.一種具有重力補(bǔ)償?shù)拇?lián)彈性執(zhí)行器接觸力控制方法[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2019（09）：90-94+104.[2]展宗程