C.1 · Gerak harmonik sederhana

Lembar kerja ini mencakup topik SL terpilih untuk mata kuliah yang pertama kali dievaluasi pada 2025; ini bukan seluruh silabus.

Prasyarat: baca kuantitas dan satuan yang ditentukan, serta gunakan aritmatika dan kondisi model di bawah ini.

Contoh-contoh ini orisinal dan fiksi: mereka bukan pengukuran nyata atau investigasi mahasiswa sungguhan.

Apa yang akan menjelaskan observasi ini?

• Ayunan mendapatkan amplitudo besar ketika dorongan tiba dengan waktu yang tepat. Frekuensi pemaksaan dan redaman membantu menentukan respons.

Bangun modelnya

• Gerak harmonik sederhana memiliki percepatan yang berbanding lurus dengan simpangan dan mengarah ke posisi kesetimbangan.
• Periode adalah waktu per siklus; frekuensi adalah resiprokalnya.
• Peredaman memindahkan energi menjauhi sistem bergetar.
• resonansi: Respons besar terhadap gaya periodik di dekat frekuensi alami.
• peredaman: Pemindahan energi keluar dari sistem bergetar.

Pilih bukti yang dapat mengujinya

• Kecepatan terbesar terjadi dekat kesetimbangan untuk SHM ideal, sedangkan besaran percepatan terbesar terjadi pada simpangan ekstrem.
• Resonansi dapat terjadi di dekat frekuensi alami saat didorong secara periodik, dengan amplitudo dibatasi oleh peredaman.

Di laboratorium: Ukur waktu untuk beberapa osilasi lengkap dan bagi hasilnya. Tentukan definisi siklus secara konsisten dan gunakan simpangan kecil jika model mensyaratkannya. Jaga jalur ayunan tetap bebas hambatan dan catat efek peredaman alih-alih mengasumsikan gerakan sempurna.

Bekerja dari kuantitas yang diketahui

• Diketahui: 20 siklus memakan waktu 32 s.
• T=total waktu/siklus=32/20=1.6 s.
• Frekuensi=1/T=1/1.6=0.625 Hz.
• Interval pengukurian total yang lebih pendek akan membuat kesalahan waktu reaksi menjadi fraksi yang lebih besar dari pengukuran.

Gilirannya Anda: 30 siklus memakan waktu 45 s. Temukan periode.

Periksa kesimpulan dan batasannya

• Tidak semua gerakan berulang adalah gerak harmonik sederhana.
• Gaya yang berbanding lurus dengan simpangan tetapi mengarah menjauhi kesetimbangan tidak menghasilkan gerak harmonik sederhana.

Tidak benar: Setiap gerakan periodik memenuhi syarat gerak harmonik sederhana. GHJ memerlukan gaya pemulih yang berbanding lurus dengan simpangan dan mengarah KE ARAH kesetimbangan. Gerakan yang sekadar berulang—seperti bola memantul atau orbit melingkar—adalah gerakan periodik tanpa memenuhi kondisi tersebut.

Kunci:

• Gerak harmonik sederhana memiliki percepatan yang berbanding lurus dengan simpangan dan mengarah ke posisi kesetimbangan.
• Kecepatan terbesar terjadi dekat kesetimbangan untuk SHM ideal, sedangkan besaran percepatan terbesar terjadi pada simpangan ekstrem.
• Perhatikan: tidak setiap gerakan berulang adalah GHS.

Tulis dari periode 2.5 s

• 20 siklus memakan waktu 50 s.
• Tentukan periode dan frekuensi. Tidak semua gerak periodik adalah gerak harmonik sederhana.

Tulis dari frekuensi 2.5 hertz

• Ayunan sederhana menyelesaikan 10 siklus dalam 4.0 s.
• Periode = 0.40 s, frekuensi = 1 ÷ 0.40 = 2.5 Hz — hitung siklus, bagi waktu, balikkan.

Tulis dari pemeriksaan SHM yang mendefinisikan

• Ayunan sudut kecil dan bola memantul keduanya bersifat periodik.
• Hanya ayunan yang merupakan SHM: gaya pemulih berbanding lurus dengan simpangan, diarahkan ke kesetimbangan — periodisitas semata bukan kriterianya.

Tulis dari frekuensi digandakan

• Panjang ayunan sederhana dikurangi menjadi seperempatnya.
• T ∝ √L, sehingga T berkurang separuh dan frekuensi berlipat ganda — akar kuadrat adalah kunci utamanya.