マススプリングシステムの自由振動 教育用機器 機械的トレーニング機器

TM164 質量バネシステムの自由振動 教育用機器 機械的トレーニング機器

質量ばねシステムの自由振動
この製品は、単純な「1 自由度」システムの自由振動を探求する製品群の一部です。
次のような重要な科学用語を生徒に紹介します。
• 単振動（SHM）と振動周波数
• ばね定数とフックの法則
• 振動減衰
• 変位とその導関数間の位相差
この製品は、研究やデモンストレーション用の頑丈なテストフレーム (TM160) に適合します。
質量バネシステムは、最も簡単に説明できる振動システムの 1 つです。 これは、バネによって及ぼされる力が伸びに比例することを示すフックの法則について生徒はすでによく知っているためです。 したがって、学生は、復元力が変位に比例する振動運動として定義される単振動へのリンクを簡単に作成できます。 バックパネルはテストフレームに固定されます。 パネルには2本の垂直ガイドロッドと非接触変位センサーが搭載されています。 テストスプリングは、ガイドロッド内で垂直に振動（発振）する平衡質量プラットフォームを吊り下げます。 学生は追加の質量をプラットフォームに取り付け、さまざまなシステムの組み合わせをテストするために 2 番目のスプリングが提供されます。
変位センサーはプラットフォームの垂直振動を測定します。 プラットフォームに組み込まれた追加のセンサー (加速度計) は、プラットフォームが上下に移動する際の加速度を測定します。 どちらのセンサーも動きを測定しますが、減衰は無視できます。

バックパネルには目盛りが印刷されています。 生徒はプラットフォーム上のカーソルを使用してバネの伸びを正確に測定し、フックの法則を示し、バネ定数を見つけます。
生徒はプラットフォームをゆっくりと下に引いて放し、プラットフォームを振動させます。 次に、振動の周波数を見つけて、それを理論から予測された周波数と比較します。 システム振動波形のリアルタイム表示とデータ収集のために VDAS® (mkII) と連携するようにセンサーを校正します。 学生はこのソフトウェアを使用して変位波形と加速度波形の両方を表示し、それらの位相差を確認し、周波数を測定します。 ソフトウェアは、変位の最初の 2 つの導関数 (速度と加速度) を計算して表示します。 学生は、測定された加速度と導出された加速度の両方を同時に見て比較し、関係を確認できます。
TM164 は VDAS® (mkII) で動作するように特別に設計されています。 ただし、必要に応じて、センサー出力を独自のデータ収集システムまたはオシロスコープに接続できます。
学生は、オプションのダンパー キット (TM164a) を取り付けて、粘性減衰がシステムの振動にどのような影響を与えるかをテストできます。 この単純なピストン ディスクとシリンダーは、プラットフォームの下のガイド ロッドに適合するダッシュ ポット ダンパーを形成します。 さまざまな減衰レベルに合わせて、簡単に見つけられる非毒性の液体 (付属していません) で動作します。 たとえば、水と植物油では軽い減衰が生成されますが、ヒマシ油では大きな減衰が生成されます。 学生は、プロジェクト作業のために自分の液体 (安全で機器に損傷を与えない限り) や自分のピストン ディスクを試すことができます。 ダンパー キットを使用すると、VDAS® は表示されたデータを過小減衰および過減衰の粘性減衰モデルに適合させることができます。
注: さまざまな液体間の変更をより便利にするために、ダンパー キットをいくつでも購入できます。
学習成果
• ばねの伸びと力（ばね定数）、およびフックの法則
• 振動周波数、ばね定数、および質量の変化
• 変位とその導関数間の位相差
• 測定された加速度と導出された加速度の比較
・振動減衰と係数（オプションのダンパーキットが必要）