Wahadło składa się z ciężarka zawieszonego na pręcie lub linie, która kołysze się w przód iw tył. Wahadła są powszechne w urządzeniach do pomiaru czasu, takich jak metronomy, zegary wahadłowe, sejsmometry i obrotowe palniki kadzidła i mogą być używane do zilustrowania złożonych problemów fizycznych.
Krok
Metoda 1 z 3: Zrozumienie podstawowego wahadła
Krok 1. Wiedz, że wahadło to ciężarek swobodnie zawieszony na końcu sznurka
Zanim zaczniesz używać wahadła, musisz wiedzieć, czym jest wahadło i jak działa. Na szczęście wahadło to nic innego jak wiszący ciężarek, który może się kołysać w przód iw tył. Lina jest wiązana w stałym punkcie tak, że porusza się tylko ciężar i lina.
- Trzymaj końcówkę naszyjnika lub zabawki jojo między palcami i przesuwaj „ciężar” na dole. Zrobiłeś swoje pierwsze wahadło!
- Typowym przykładem wahadła jest duży wahadłowy ciężar na zegarze wahadłowym.
Krok 2. Aby użyć wahadła, odciągnij ciężarek do tyłu, a następnie zwolnij go
Upewnij się, że trzymasz linę napiętą i zdejmuj ciężar bez popychania go. Ciężar będzie się kołysał w przód i w tył, wracając do prawie tej samej wysokości, co po upuszczeniu.
- Wahadło będzie się kołysać w nieskończoność, jeśli nic go nie spowolni lub nie zmieni kierunku.
- W rzeczywistości siły zewnętrzne, takie jak tarcie i opór powietrza, spowalniają wahadło.
Krok 3. Zrób proste wahadło ze sznurkiem, baterią i taśmą mierniczą, aby lepiej je zrozumieć
Jeśli uczysz się poprzez ćwiczenia praktyczne lub chcesz nauczyć dzieci, jak działa wahadło, możesz szybko zbudować wahadło, aby poeksperymentować z:
- Przywiąż jeden koniec liny do środka drewnianej taśmy mierniczej lub słupka.
- Przywiąż drugi koniec do akumulatora lub innego małego ładunku.
- Zrównoważ odmierzone drewno na oparciach dwóch równych krzeseł, tak aby bateria wisiała swobodnie między nimi i mogła się kołysać bez uderzania o nic.
- Podnieś akumulator, trzymając linę naprężoną i zwolnij go tak, aby kołysał się w przód iw tył.
Krok 4. Zidentyfikuj słownictwo naukowe dotyczące wahadła
Podobnie jak w przypadku większości działań naukowych, zrozumienie i używanie wahadła jest możliwe tylko wtedy, gdy znasz słowa, które je opisują.
- Amplituda: Najwyższy punkt osiągany przez wahadło.
- Pion: Inna nazwa obciążenia na końcu wahadła.
- równowaga: środek wahadła; gdzie jest ładunek, jeśli się nie porusza.
- Częstotliwość: Ile razy wahadło kołysze się tam iz powrotem w danym czasie.
- Okres: Czas potrzebny do powrotu ruchomego wahadła w to samo miejsce.
Metoda 2 z 3: Używanie wahadła do nauczania podstaw fizyki
Krok 1. Zauważ, że eksperymenty z wahadłem to świetny sposób na nauczanie metody naukowej
Metoda naukowa jest podstawą badań naukowych od czasów starożytnej Grecji, a wahadło jest obiektem łatwym do wyprodukowania i dający szybkie rezultaty. Przeprowadzając dowolny z poniższych eksperymentów, poświęć trochę czasu na sformułowanie hipotezy, omów, którą zmienną testujesz i porównaj wyniki.
- Zawsze eksperymentuj do 5-6 razy, aby zapewnić spójność wyników.
- Pamiętaj, aby próbować tylko jednego eksperymentu na raz - w przeciwnym razie nie będziesz wiedział, co zmienia kołysanie wahadła.
Krok 2. Zmień ciężar na końcu liny, aby nauczyć grawitacji
Jednym z najprostszych sposobów poznania wpływu grawitacji jest użycie wahadła i możesz być zaskoczony wynikami. Aby zobaczyć efekt grawitacji:
- Pociągnij wahadło o 10 cm i zwolnij je.
- Użyj stopera, aby odmierzyć okres wahadła. Powtórz 5-10 razy.
- Dodaj cięższy bob do wahadła i powtórz eksperyment.
- Okres i częstotliwość będą dokładnie takie same! Dzieje się tak, ponieważ grawitacja wpływa jednakowo na wszystkie obciążenia. Na przykład moneta i cegła spadają z tą samą prędkością.
Krok 3. Zmień miejsce upuszczenia obciążenia, aby zbadać amplitudę
Gdy pociągasz sznurek wyżej, zwiększasz amplitudę lub wysokość wahadła. Czy to jednak zmienia szybkość powrotu wahadła do twojej ręki? Powtórz powyższy eksperyment, ale tym razem odciągnij wahadło o 20 centymetrów i nie zmieniaj obciążenia.
- Jeśli zrobiłeś wszystko poprawnie, okres wahadła się nie zmieni.
- Zmiana amplitudy nie zmienia częstotliwości, co przyda się w trygonometrii, naukach dźwiękowych i wielu innych dziedzinach.
Krok 4. Zmień długość liny
Powtórz powyższy eksperyment, ale zamiast zmieniać ilość dodawanego ciężaru lub wysokość zrzucania, użyj krótszej lub dłuższej liny.
Tym razem na pewno zauważysz zmiany. W rzeczywistości zmiana długości struny to jedyna rzecz, która zmieni okres i częstotliwość wahadła
Krok 5. Dowiedz się więcej o fizyce wahadła, aby dowiedzieć się o bezwładności, przenoszeniu energii i przyspieszeniu
Dla starszych studentów lub początkujących fizyków wahadła są świetnym sposobem na poznanie związku między przyspieszeniem, tarciem i trygonometrią. Wyszukaj „równania wahadła” lub zaprojektuj własne eksperymenty, aby je znaleźć. Kilka pytań do rozważenia:
- Jak szybko porusza się bob w najniższym punkcie? Jak znaleźć prędkość boba w każdym punkcie?
- Ile energii kinetycznej ma bob w dowolnym punkcie wahadła? Jako pomoc użyj równania: Energia kinetyczna = 0,5 x Masa Boba x Prędkość2
- Jak możesz przewidzieć okres wahadła na podstawie długości struny?
Metoda 3 z 3: Używanie wahadła do wykonywania pomiarów
Krok 1. Dostosuj długość liny, aby zmierzyć czas
O ile dalsze ciągnięcie liny i zmiana obciążenia nie mogą zmienić okresu, to wydłużenie lub skrócenie liny może zmienić okres. Tak robi się stary zegar - jeśli idealnie zmienisz długość wahadła, możesz zrobić kropkę lub pełny ruch, co zajmuje dwie sekundy. Policz liczbę okresów i wiesz, ile czasu minęło.
- Zegar wahadłowy jest przymocowany do koła zębatego, dzięki czemu za każdym razem, gdy wahadło się kołysze, druga wskazówka zegara porusza się.
- W zegarze wahadłowym ciężar, który porusza się w jednym kierunku, powoduje „tykanie” i odchyla się do tyłu, wywołując „pukanie”.
Krok 2. Użyj wahadła do pomiaru drgań w pobliżu, w tym trzęsień ziemi
Sejsmograf, maszyna mierząca intensywność i kierunek trzęsień ziemi, to złożone wahadło, które porusza się tylko wtedy, gdy porusza się skorupa ziemska. Podczas gdy kalibracja wahadła tylko do pomiaru tektoniki płyt jest niezwykle skomplikowana, prawie każde wahadło można przekształcić w podstawowy sejsmograf za pomocą pióra i papieru.
- Przyklej długopis lub ołówek do ciężarka na końcu wahadła.
- Umieść kawałek papieru pod wahadełkiem tak, aby długopis dotykał papieru i robił oznaczenia.
- Delikatnie kołysz wahadełkiem, ale nie potrząsaj struną. Im mocniej potrząsasz wahadełkiem, tym większe są ślady na kartce papieru. Wiąże się to z większym „trzęsieniem ziemi”.
- Oryginalny sejsmograf miał obracający się kawałek papieru, dzięki czemu można było zobaczyć siłę trzęsienia ziemi w czasie.
- Wahadło jest używane do pomiaru trzęsień ziemi od 132 roku naszej ery w Chinach.
Krok 3. Użyj specjalnego wahadła zwanego Wahadełkiem Foucaulta, aby udowodnić, że Ziemia się obraca
Chociaż dzisiaj ludzie wiedzą, że Ziemia obraca się wokół własnej osi, Wahadło Foucaulta jest najwcześniejszym dowodem tej koncepcji. Aby to odtworzyć, będziesz potrzebować dużego wahadła o minimalnej długości 4,9 metra i wadze ponad 11,3 kg, aby zminimalizować czynniki zewnętrzne, takie jak wiatr lub tarcie.
- Poruszaj wahadełkiem w taki sposób, aby mogło się kołysać przez długi czas.
- W miarę upływu czasu zauważysz, że wahadło kołysze się w innym kierunku niż w momencie, gdy zacząłeś wymachiwać.
- Dzieje się tak, ponieważ wahadło porusza się w linii prostej, podczas gdy ziemia poniżej obraca się.
- Na półkuli północnej wahadło będzie się poruszać zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a na półkuli południowej przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
- Chociaż jest to skomplikowane, możesz użyć wahadła Foucaulta do obliczenia szerokości geograficznej za pomocą równań trygonometrycznych.
Porady
- Do dokładnego przeprowadzenia tego eksperymentu mogą być potrzebne dwie osoby – jedna osoba korzystająca z wahadła, a druga osoba śledząca czas.
- Jeśli chcesz wykonać dokładniejsze wahadło, użyj innej liny, aby utrzymać ciężar na pożądanej wysokości. Spal koniec liny, aby „zrzucić” ciężar. Zapobiegnie to przypadkowemu popchnięciu ciężarka do przodu lub na boki, gdy go zwolnisz.
- Niektórzy ludzie wierzą, że wahadło ma również specjalną moc wróżenia.
