Un pendul constă dintr-o greutate suspendată de o tijă sau frânghie care se leagănă înainte și înapoi. Pendulele sunt frecvente în dispozitivele de cronometrare, cum ar fi metronomele, ceasurile pendulare, seismometrele și arzătoarele de tămâie, și pot fi utilizate pentru a ilustra probleme fizice complexe.
Etapa
Metoda 1 din 3: Înțelegerea pendulului de bază
Pasul 1. Știți că un pendul este o greutate agățată liber de capătul șirului
Înainte de a începe să utilizați un pendul, trebuie să știți ce este un pendul și cum funcționează. Din fericire, un pendul nu este altceva decât o greutate agățată care se poate oscila înainte și înapoi. Coarda este legată într-un punct fix, astfel încât doar greutatea și coarda să se miște.
- Țineți capătul unui colier pandantiv sau jucărie yo-yo între degete și mutați „greutatea” din partea de jos. Ți-ai făcut primul pendul!
- Un exemplu obișnuit de pendul este greutatea mare a unui ceas cu pendul.
Pasul 2. Pentru a utiliza un pendul, trageți greutatea înapoi și apoi eliberați-o
Asigurați-vă că țineți frânghia strânsă și îndepărtați greutatea fără a o împinge. Greutatea va oscila înainte și înapoi, revenind la aproape aceeași înălțime ca atunci când ați scăpat-o.
- Pendulul va oscila pentru totdeauna dacă nimic nu-l încetinește sau își schimbă direcția.
- De fapt, forțele externe precum fricțiunea și rezistența aerului vor încetini pendulul.
Pasul 3. Realizați un pendul simplu cu un șir, baterie și bandă de măsurat pentru a-l înțelege mai bine
Dacă învățați prin activități practice sau doriți să învățați copiii cum funcționează un pendul, atunci puteți construi rapid un pendul cu care să experimentați:
- Legați un capăt al frânghiei de centrul unei măsurători sau stâlp din lemn.
- Legați celălalt capăt de o baterie sau altă sarcină mică.
- Echilibrați lemnul măsurat pe spătarele a două scaune egale, astfel încât bateria să atârne liber între ele și să se poată balansa fără să lovească nimic.
- Ridicați bateria, menținând cablul încordat și eliberați-o astfel încât să se balanseze înainte și înapoi.
Pasul 4. Identificați vocabularul științific pentru pendul
La fel ca în majoritatea activităților științifice, înțelegerea și utilizarea unui pendul sunt posibile numai dacă cunoașteți cuvintele care îl descriu.
- Amplitudine: Cel mai înalt punct la care ajunge pendulul.
- Bob: Un alt nume pentru sarcina de pe vârful pendulului.
- Echilibru: punctul de mijloc al pendulului; unde este sarcina dacă nu se mișcă.
- Frecvență: De câte ori pendulul se leagănă înainte și înapoi într-un timp dat.
- Perioadă: Timpul necesar unui pendul în mișcare pentru a reveni în același loc.
Metoda 2 din 3: Utilizarea unui pendul pentru predarea fizicii de bază
Pasul 1. Rețineți că experimentele cu pendul sunt o modalitate excelentă de a preda metoda științifică
Metoda științifică a fost coloana vertebrală a cercetării științifice încă din Grecia antică, iar pendulul este un obiect ușor de fabricat și care produce rezultate rapid. Când efectuați oricare dintre următoarele experimente, acordați timp pentru a formula o ipoteză, discutați ce variabilă testați și comparați rezultatele.
- Experimentați întotdeauna de până la 5-6 ori pentru a vă asigura coerența rezultatelor.
- Nu uitați să încercați câte un experiment la un moment dat - altfel nu veți ști ce schimbă oscilația pendulului.
Pasul 2. Schimbați greutatea la capătul frânghiei pentru a învăța gravitația
Una dintre cele mai simple modalități de a afla despre efectul gravitației este prin intermediul unui pendul și s-ar putea să fiți surprinși de rezultate. Pentru a vedea efectul gravitației:
- Trageți pendulul de 10 cm și eliberați-l.
- Folosiți un cronometru pentru a cronometra perioada pendulului. Repetați de 5-10 ori.
- Adăugați un bob mai greu la pendul și repetați experimentul.
- Perioada și frecvența vor fi exact aceleași! Acest lucru se datorează faptului că gravitația afectează în mod egal toate sarcinile. De exemplu, o monedă și o cărămidă vor cădea cu aceeași viteză.
Pasul 3. Schimbați locul în care scăpați sarcina pentru a studia amplitudinea
Pe măsură ce trageți coarda mai sus, ați crescut amplitudinea sau înălțimea pendulului. Cu toate acestea, se schimbă asta cât de repede pendulul revine în mâna ta? Repetați experimentul de mai sus, dar de data aceasta trageți pendulul la 20 de centimetri distanță și nu modificați sarcina.
- Dacă ați făcut totul corect, perioada pendulului nu se va schimba.
- Schimbarea amplitudinii nu schimbă frecvența, fapt care va fi util în trigonometrie, știința sunetului și multe alte domenii.
Pasul 4. Schimbați lungimea frânghiei
Repetați experimentul de mai sus, dar în loc să schimbați cât de multă greutate adăugați sau cât de mare îl scăpați, folosiți o frânghie mai scurtă sau mai lungă.
De data aceasta veți observa cu siguranță schimbările. De fapt, schimbarea lungimii șirului este singurul lucru care va schimba perioada și frecvența pendulului
Pasul 5. Aflați mai multe despre fizica pendulului pentru a afla despre inerție, transfer de energie și accelerație
Pentru mai mulți studenți superiori sau aspiranți la fizicieni, pendulele sunt o modalitate excelentă de a învăța relația dintre accelerație, frecare și trigonometrie. Căutați „ecuații de pendul” sau proiectați-vă propriile experimente pentru a le găsi. Câteva întrebări de luat în considerare:
- Cât de repede se mișcă bobul în cel mai de jos punct? Cum găsiți viteza bobului în fiecare punct?
- Câtă energie cinetică are bobul în orice punct al pendulului? Ca ajutor, utilizați ecuația: Energie cinetică = 0,5 x Masa lui Bob x Viteza2
- Cum puteți prezice perioada unui pendul pe baza lungimii șirului?
Metoda 3 din 3: Utilizarea unui pendul pentru a lua măsurători
Pasul 1. Reglați lungimea frânghiei pentru a măsura timpul
În timp ce trageți cablul înapoi și schimbați sarcina nu puteți schimba perioada, prelungirea sau scurtarea cablului poate schimba perioada. Acesta este modul în care creați un ceas vechi - dacă schimbați perfect lungimea pendulului, puteți face o perioadă sau un swing complet, care durează două secunde. Numărați numărul de perioade și știți cât timp a trecut.
- Ceasul cu pendul este atașat la angrenaj, astfel încât de fiecare dată când pendulul se leagănă, mâna a doua de pe ceas se va mișca.
- Într-un ceas cu pendul, o greutate care se leagănă într-o direcție produce o „căpușă” și se întoarce înapoi pentru a produce o „lovitură”.
Pasul 2. Folosiți pendulul pentru a măsura vibrațiile din apropiere, inclusiv cutremurele
Un seismograf, o mașină care măsoară intensitatea și direcția cutremurelor, este un pendul complex care se mișcă numai atunci când scoarța Pământului se mișcă. În timp ce calibrarea unui pendul doar pentru a măsura tectonica plăcilor este extrem de complicată, puteți transforma aproape orice pendul într-un seismograf de bază cu doar pix și hârtie.
- Lipiți un pix sau un creion pe greutatea de la capătul pendulului.
- Așezați o bucată de hârtie sub pendul, astfel încât stiloul să atingă hârtia și să facă marcaje.
- Legați ușor pendulul, dar nu scuturați coarda. Cu cât agitați mai tare pendulul, cu atât sunt mai mari semnele de pe bucata de hârtie. Acest lucru este asociat cu un „cutremur” mai mare.
- Seismograful original avea o bucată de hârtie rotativă, astfel încât să puteți vedea puterea unui cutremur în timp.
- Pendulul a fost folosit pentru măsurarea cutremurelor încă din anul 132 d. Hr. în China.
Pasul 3. Folosiți un pendul special numit Pendulul lui Foucault pentru a demonstra că pământul se rotește
Deși astăzi oamenii știu că pământul se rotește pe axa sa, pendulul lui Foucault este cea mai veche dovadă a acestui concept. Pentru a-l replica, veți avea nevoie de un pendul mare, cu o lungime minimă de 4,9 metri și o greutate de peste 11,3 kg, pentru a minimiza variabilele externe precum vântul sau fricțiunea.
- Mutați pendulul în așa fel încât să se poată leagăna mult timp.
- Pe măsură ce timpul trece, veți observa că pendulul se leagănă într-o direcție diferită de când ați început leagănul.
- Acest lucru se întâmplă deoarece pendulul se mișcă în linie dreaptă în timp ce pământul de mai jos se rotește.
- În emisfera nordică pendulul se va deplasa în sensul acelor de ceasornic și în emisfera sudică pendulul se va deplasa în sens invers acelor de ceasornic.
- Deși este complicat, puteți utiliza pendulul lui Foucault pentru a calcula latitudinea folosind ecuații trigonometrice.
sfaturi
- Este posibil să aveți nevoie de două persoane pentru a efectua acest experiment cu precizie - o persoană care folosește un pendul și cealaltă persoană care ține evidența timpului.
- Dacă doriți să realizați un pendul mai precis, folosiți o altă frânghie pentru a menține greutatea la înălțimea dorită. Ardeți capătul frânghiei pentru a „scăpa” greutatea. Acest lucru vă va împiedica să împingeți greutatea în mod accidental înainte sau lateral când o eliberați.
- Unii oameni cred că pendulul are, de asemenea, puteri speciale de divinare.
