Kyvadlo pozostáva zo závažia zaveseného na tyči alebo lane, ktoré sa hojdá tam a späť. Kyvadlá sú bežné v časomerných prístrojoch, ako sú metronómy, kyvadlové hodiny, seizmometre a hojdačky, a dajú sa použiť na ilustráciu zložitých fyzikálnych problémov.
Krok
Metóda 1 z 3: Pochopenie základného kyvadla
Krok 1. Vedzte, že kyvadlo je závažie voľne visiace na konci povrázku
Než začnete používať kyvadlo, musíte vedieť, čo je kyvadlo a ako funguje. Našťastie kyvadlo nie je nič iné ako zavesené závažie, ktoré sa môže hojdať tam a späť. Lano je uviazané v pevnom bode, takže sa pohybuje iba hmotnosť a lano.
- Uchopte koniec prívesného náhrdelníka alebo jo-jo hračky medzi prsty a posuňte „závažie“v spodnej časti. Vyrobili ste svoje prvé kyvadlo!
- Bežným príkladom kyvadla je veľké kyvné závažie na kyvadlových hodinách.
Krok 2. Ak chcete použiť kyvadlo, vytiahnite závažie dozadu a potom ho uvoľnite
Uistite sa, že držíte lano napnuté a odstraňujete závažie bez toho, aby ste naň tlačili. Váha sa bude hojdať tam a späť a vráti sa takmer do rovnakej výšky, ako keď ste ju spustili.
- Kyvadlo sa bude navždy hojdať, ak ho nič nespomalí alebo nezmení smer.
- V skutočnosti vonkajšie sily, ako napríklad trenie a odpor vzduchu, spomalia kyvadlo.
Krok 3. Vytvorte jednoduché kyvadlo pomocou šnúrky, batérie a pásky, aby ste mu lepšie rozumeli
Ak sa učíte praktickými aktivitami alebo chcete deti naučiť, ako kyvadlo funguje, môžete si kyvadlo rýchlo postaviť a experimentovať s ním:
- Jeden koniec lana uviažte do stredu drevenej pásky alebo tyče.
- Druhý koniec priviažte k batérii alebo inému malému nákladu.
- Vyvážené drevo vyvažujte na operadlách dvoch rovnakých stoličiek, aby medzi nimi batéria voľne visela a mohla sa hojdať bez toho, aby do niečoho narazila.
- Nadvihnite batériu, pričom lano držte napnuté, a uvoľnite ju tak, aby sa kývala dopredu a dozadu.
Krok 4. Identifikujte vedeckú slovnú zásobu kyvadla
Rovnako ako pre väčšinu vedeckých činností, pochopenie a používanie kyvadla je možné iba vtedy, ak poznáte slová, ktoré ho popisujú.
- Amplitúda: Najvyšší bod, ktorým kyvadlo dosahuje.
- Bob: Iný názov pre zaťaženie na špičke kyvadla.
- Rovnováha: stred kyvadla; kde je náklad, ak sa nepohybuje.
- Frekvencia: Počet kolísavých pohybov kyvadla v danom čase.
- Obdobie: Koľko času potrebuje pohyblivé kyvadlo na návrat na to isté miesto.
Metóda 2 z 3: Použitie kyvadla na vyučovanie základnej fyziky
Krok 1. Všimnite si, že experimenty s kyvadlom sú skvelým spôsobom, ako naučiť vedeckú metódu
Vedecká metóda je chrbticou vedeckého výskumu od starovekého Grécka a kyvadlo je predmet, ktorý sa ľahko vyrába a rýchlo prináša výsledky. Pri vykonávaní ktoréhokoľvek z nasledujúcich experimentov si nájdite čas na formuláciu hypotézy, prediskutujte, ktorú premennú testujete, a porovnajte výsledky.
- Experimentujte vždy až 5-6 krát, aby ste zaistili konzistentnosť svojich výsledkov.
- Nezabudnite vyskúšať iba jeden experiment naraz- inak nebudete vedieť, čo mení výkyv kyvadla.
Krok 2. Zmeňte hmotnosť na konci lana, aby ste učili gravitácii
Jeden z najjednoduchších spôsobov, ako sa dozvedieť o účinku gravitácie, je kyvadlo a výsledky vás môžu prekvapiť. Ak chcete vidieť vplyv gravitácie:
- Vytiahnite kyvadlo o 10 cm a uvoľnite ho.
- Pomocou stopiek načasujte obdobie kyvadla. Opakujte 5-10 krát.
- Pridajte k kyvadlu ťažší bob a experiment zopakujte.
- Obdobie a frekvencia budú úplne rovnaké! Je to preto, že gravitácia ovplyvňuje všetky zaťaženia rovnako. Napríklad minca a tehla padnú rovnakou rýchlosťou.
Krok 3. Zmeňte miesto, kde klesne záťaž, aby ste preštudovali amplitúdu
Keď ťaháte strunu vyššie, zvýšili ste amplitúdu alebo výšku kyvadla. Mení sa však na tom, ako rýchlo sa vám kyvadlo vráti do ruky? Opakujte vyššie uvedený experiment, ale tentokrát vytiahnite kyvadlo o 20 centimetrov a nemeňte zaťaženie.
- Ak ste urobili všetko správne, obdobie kyvadla sa nezmení.
- Zmena amplitúdy nemení frekvenciu, čo je užitočné v trigonometrii, zvukovej vede a mnohých ďalších oblastiach.
Krok 4. Zmeňte dĺžku lana
Experiment zopakujte vyššie, ale namiesto toho, aby ste zmenili, akú váhu pridávate alebo ako vysoko ju zhodíte, použite kratšie alebo dlhšie lano.
Tentoraz si zmeny určite všimnete. V skutočnosti je zmena dĺžky reťazca jedinou vecou, ktorá zmení obdobie a frekvenciu kyvadla
Krok 5. Prečítajte si viac o fyzike kyvadla, aby ste sa dozvedeli o zotrvačnosti, prenose energie a zrýchlení
Pre starších študentov alebo začínajúcich fyzikov sú kyvadlá skvelým spôsobom, ako sa naučiť vzťah medzi zrýchlením, trením a trigonometriou. Vyhľadajte „kyvadlové rovnice“alebo ich navrhnite tak, aby ste ich našli. Niektoré otázky, ktoré je potrebné zvážiť:
- Ako rýchlo sa bob pohybuje v najnižšom bode? Ako zistíte rýchlosť bobu v každom bode?
- Koľko kinetickej energie má bob v ktoromkoľvek bode kyvadla? Ako pomôcku použite rovnicu: Kinetická energia = 0,5 x Bobova hmotnosť x rýchlosť2
- Ako môžete predpovedať periódu kyvadla na základe dĺžky reťazca?
Metóda 3 z 3: Meranie pomocou kyvadla
Krok 1. Upravte dĺžku lana, aby ste zmerali čas
Pri ďalšom ťahaní lana späť a pri zmene záťaže nemožno zmeniť periódu, predĺženie alebo skrátenie lana môže zmeniť periódu. Takto vyrobíte staré hodiny - ak dokonale zmeníte dĺžku kyvadla, môžete urobiť bodku alebo plný švih, čo trvá dve sekundy. Spočítajte počet bodiek a viete, koľko času uplynulo.
- Kyvadlové hodiny sú pripevnené k ozubenému kolu tak, že zakaždým, keď sa kyvadlo pohne, sa pohne sekundová ručička na hodinách.
- V kyvadlových hodinách závažie, ktoré sa otáča v jednom smere, vyvolá „kliešť“a pohupuje sa späť, aby spôsobilo „klepanie“.
Krok 2. Kyvadlom zmerajte vibrácie v okolí vrátane zemetrasení
Seizmograf, stroj, ktorý meria intenzitu a smer zemetrasení, je komplexné kyvadlo, ktoré sa pohybuje iba vtedy, keď sa pohybuje zemská kôra. Aj keď je kalibrácia kyvadla na meranie tektoniky platní mimoriadne komplikovaná, takmer každé kyvadlo môžete premeniť na základný seizmograf iba perom a papierom.
- Na váhu na konci kyvadla prilepte pero alebo ceruzku.
- Pod kyvadlo položte kus papiera tak, aby sa pero dotýkalo papiera a robilo značky.
- Jemne rozkývajte kyvadlo, ale netraste strunou. Čím silnejšie zatrasiete kyvadlom, tým väčšie sú značky na vašom papieri. To je spojené s väčším „zemetrasením“.
- Pôvodný seizmograf mal rotujúci kus papiera, aby ste časom videli silu zemetrasenia.
- Kyvadlo sa používa na meranie zemetrasení od roku 132 n. L. V Číne.
Krok 3. Pomocou špeciálneho kyvadla nazývaného Foucaultovo kyvadlo dokážte, že sa Zem otáča
Aj keď dnes ľudia vedia, že Zem sa otáča okolo svojej osi, Foucaultovo kyvadlo je prvým dôkazom tohto konceptu. Na jeho replikáciu budete potrebovať veľké kyvadlo s minimálnou dĺžkou 4,9 metra a hmotnosťou viac ako 11,3 kg, aby ste minimalizovali vonkajšie premenné, akými sú vietor alebo trenie.
- Posuňte kyvadlo tak, aby sa mohlo dlho kývať.
- Postupom času si všimnete, že kyvadlo sa hojdá iným smerom, ako keď ste švih začali.
- Stáva sa to preto, že kyvadlo sa pohybuje v priamke, zatiaľ čo Zem dole sa otáča.
- Na severnej pologuli sa kyvadlo bude pohybovať v smere hodinových ručičiek a na južnej pologuli sa kyvadlo bude pohybovať proti smeru hodinových ručičiek.
- Aj keď je to komplikované, na výpočet zemepisnej šírky pomocou goniometrických rovníc môžete použiť Foucaultovo kyvadlo.
Tipy
- Na presné vykonanie tohto experimentu budete možno potrebovať dvoch ľudí - jedna osoba používa kyvadlo a druhá sleduje čas.
- Ak chcete urobiť presnejšie kyvadlo, pomocou iného lana držte váhu v požadovanej výške. Spáľte koniec lana, aby ste „zhodili“váhu. Zabránite tak náhodnému tlačeniu závažia dopredu alebo nabok, keď ho pustíte.
- Niektorí ľudia veria, že kyvadlo má tiež špeciálne veštecké schopnosti.
