Reálný model obecného řešení frekvence kmitů elektrostatického kyvadla
Věnováno doc. Oldřichu Lepilovi k jeho 90. narozeninám
Abstrakt
Elektrostatické kyvadlo podobně jako Van de Graaffův generátor (VdGG) je pro učitele fyziky základním demonstračním nástrojem při výkladu elektrostatických jevů. Většinou je použito pro demonstraci práce, kterou vykoná elektrické pole deskového kondenzátoru při přenosu nabitého míčku na stolní tenis. V úvodu práce stručně zmíníme různé teorie dynamiky elektrostatického kyvadla zahrnující buď pouze vliv elektrického pole, nebo i tíhové síly, případně další vlivy. V článku nejprve jednotlivé modely vzájemně porovnáme s reálnými výsledky experimentálního měření frekvence kmitů a následně navrhneme reálný model kmitů fyzického kyvadla, který přináší obecné řešení zahrnující elektrické i tíhové síly působící na kyvadlo i koeficient restituce. V druhé části práce se pokusíme vysvětlit hodnotu koeficientu, který představuje poměrnou část náboje přeneseného při kontaktu kyvadla s deskou kondenzátoru, srovnáním časové konstanty vybíjení VdGG s náhradním RC obvodem. Při vysvětlení teorie popisující pohyb reálného fyzického kyvadla provedeme současně diferenciaci vztahů pro frekvenci kyvadla na jednotlivých úrovních od středoškolské až po vysokoškolský kurz. Ukážeme také, jak mohou být výsledky této práce aplikovány na středních školách v rámci laboratorních cvičení při měření napětí VdGG jako zdroje vysokého napětí v experimentu s elektrostatickým kyvadlem. Závěry nicméně platí obecně pro libovolný použitý zdroj vysokého napětí.
Stahování
Publikováno
Jak citovat
Číslo
Sekce
Licence
Copyright (c) 2025 Matematika–Fyzika–Informatika
Tato práce je licencována pod Mezinárodní licencí Creative Commons Attribution 4.0 .
Autoři, kteří publikují v tomto časopise, souhlasí s následujícími body:
- Autoři si ponechávají copyright a garantují časopisu právo prvního publikování, přitom je práce zároveň licencována pod Creative Commons Attribution licencí, která umožňuje ostatním sdílet tuto práci s tím, že přiznají jejího autora a první publikování v tomto časopisu.
- Autoři mohou vstupovat do dalších samostatných smluvních dohod pro neexkluzivní šíření práce ve verzi, ve které byla publikována v časopise (například publikovat ji v knize), avšak s tím, že přiznají její první publikování v tomto časopisu.
Obsah časopisu podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora 3.0 Česko
