Hur man använder en pendel

En pendel består av en massa som är upphängd på en tråd eller en kabel som svänger fram och tillbaka. Pendlar finns i forntida klockor, metronom, seismometrar och vissa brännskador, och kan användas för att förklara komplexa fysikproblem.

Metod 1
Förstå pendulens baser

En pendel är en höll massa som hänger från den lediga änden av en tråd. Innan du börjar använda en pendel, måste du veta vad det är och hur det fungerar. Lyckligtvis är en pendel inget annat än en hängande massa som kan svänga fram och tillbaka. Tråden är fastsatt till en fast punkt så att det bara är massan och tråden att röra sig.

Håll toppen av ett halsband eller en yo-yo mellan fingrarna och flytta halsbandet "massa" som ligger längst ner. Du har skapat din första pendel!
Ett vanligt exempel på en pendel är det som finns i gamla väggklockor.

Att använda en pendel, ta tag och dra massan bakåt och låt den gå. Se till att du håller den tråd som den hänger rakt på och låt den gå utan att trycka på den. Massan kommer att rocka fram och tillbaka, retur om samma höjd från vilken du släppte den.

En pendel svänger för evigt om ingenting ingriper för att sakta ner eller ändra dess riktning.

I praktiken slutar externa krafter som friktion och luftmotstånd att sakta ner en pendel.

Bygg en enkel pendel med en tråd, en trumma och en kvist för att bättre förstå. Om du vill lära dig praktiska aktiviteter eller vill lära barn hur pendlar fungerar kan du snabbt bygga en pendel för att experimentera med:

Tie ena änden av en tråd till ungefär en halv gren eller en pinne.

Tie den andra änden till ett batteri eller en annan liten vikt.

Placera grenen mellan två identiska stolar i balans så att batteriet förblir hängande fritt mellan dem och kan svänga utan att träffa någonting.

Ta batteriet, håll tråden stramt och låt den gå så att den stenar fram och tillbaka.

Lär dig de vetenskapliga termerna för pendlarna. Som med många vetenskapliga aktiviteter är det möjligt att förstå och använda pendlar som bara känner till orden som beskriver dem.

bredd: den högsta punkten som nås av pendeln.

vikt: ett annat namn på massan längst ner på pendeln.

balans: En pendelns centrala punkt - där vikten är placerad när den inte rör sig.

frekvens: antalet gånger pendeln svänger fram och tillbaka under en viss tidsperiod.

period: hur mycket tid det tar för pendeln att återgå till samma punkt.

Metod 2
Använd pendlarna för att lära sig fysikens grunder

Experiment med pendlar är ett utmärkt sätt att lära sig den vetenskapliga metoden. Den vetenskapliga metoden har varit grunden för vetenskaplig forskning sedan de antika grekerna, och pendlarna är lätta att konstruera och visar momentana resultat. När du utför något av de experiment som följer, tillåter du tid att formulera en hypotes, prata om variablerna du upplever och jämföra resultaten.

Kör alltid experimenten 5-6 gånger för att säkerställa att resultaten är konsekventa.
Kom ihåg att följa ett experiment i taget - annars vet du inte vad pendelrörelsen har förändrats.

Ändra vikten längst ner på tråden för att lära tyngdkraften. Ett av de enklaste sätten att lära sig gravitationens effekter är genom en pendel, och resultaten kan överraska dig. För att se gravitationens effekter:

Dra pendeln i 10 centimeter och låt den gå.

Använd en stoppur för att mäta pendelperioden. Upprepa 5-10 gånger.

Lägg till mer vikt på pendeln och upprepa experimentet.

Perioden och frekvensen kommer att vara exakt densamma! Detta beror på att tyngdkraften lika påverkar alla vikter. En dime och en tegel faller till exempel med samma hastighet.

Att ändra där du släpper ner vikt bidrar till att förklara bredden. När du drar den övre tråden har du ökat amplituden eller den högsta punkten på pendeln. Men påverkar detta hur snabbt du återvänder till din hand? Upprepa experimentet ovan, men dra pendeln tillbaka 20 centimeter istället för att ändra vikten.

Om du gjorde allt korrekt, pendelperioden inte kommer att förändras.

Det kommer att förändra amplituden men inte frekvensen, ett begrepp som är användbart i trigonometri, i studiet av ljud och på många andra områden.

Ändra trådens längd. Upprepa experimentet ovan, men använd en kortare eller längre tråd istället för att ändra vikt eller höjd från vilken du släpper den.

Den här gången kommer du säkert att märka en förändring. Faktum är att ändra längden på tråden är det enda sättet att ändra en penduls period och frekvens.

Dämpa pendelfysiken för att lära av tröghet, energiöverföring och acceleration. För mer avancerade studenter eller aspirerade fysiker är pendlar ett utmärkt sätt att lära kännetecknet acceleration, friktion och trigonometri. Sök efter dem "ekvationer av pendel rörelse," eller skapa dina experiment för att upptäcka dem. Några frågor att komma ihåg:

När snabbt flyttar vikten till sin lägsta punkt? Hur mäts vikthastigheten när som helst?

Hur mycket kinetisk energi har vikten i pendeln när som helst? För att hjälpa dig, använd ekvationen: Kinetisk energi `= .5 x Viktmassa x Hastighet²

Hur kan du förutse en penduls period baserat på trådens längd?

Metod 3
Använd pendlarna att ta mätningar

Justera längden på tråden för att mäta tiden. När du drar tråden längre och ändrar vikten, påverkar inte perioden, men förkortar eller förlänger tråden ja. Så här gjorde de gamla klockorna - om du ändrar längden på pendeln på ett perfekt sätt kan du skapa en period eller en fullgång på två sekunder. Räkna antalet perioder och du vet hur mycket tid som har gått.

Pendulklockorna är fästade på kugghjul så att vid varje rörelse av pendeln flyttar klockans andra hand.
I en antikvitet klocka skapar den vikt som svänger från ena sidan "tic" och returen skapar "toc."

Använd pendeln för att mäta närliggande vibrationer, inklusive jordbävningar. Seismografer, maskinerna som mäter jordskalvans intensitet och riktning, är komplexa pendlar som bara rör sig när jordskorpan rör sig. Även om man kalibrerar en pendel så att den endast mäter rörelsen av tektoniska plattor är avgjort komplicerad, kan man vända nästan alla pendlar till en enkel seismograf med hjälp av en penna och papper.

Fäst en penna eller penna på vikten längst ner på pendeln.

Lägg ett papper under pendeln så att pennan eller pennan röra den och lämna ett märke.

Skaka pendeln försiktigt, inte tråden. Ju mer du skakar pendeln, desto bredare kommer märkena kvar på arket att vara. Detta motsvarar en stor "jordbävning."

Sann seismografer har en bit roterande papper för att visa jordbävningens kraft över tiden.

Pendlar användes för att mäta jordbävningar redan i Kina av 132 f.Kr.

Använd en speciell pendel som heter Foucault för att visa jordens rotation. Även om vi visste hur jorden roterade på sin axel var Foucaults pendel en av de första konkreta bevisen på detta koncept. För att spela det behöver du en stor pendel, minst 5 meter med en vikt över 9 kilo, för att minimera externa variabler som vind och friktion.

Starta pendeln, flytta den nog för att svänga länge.

Med tiden kommer du att märka hur pendeln svänger i en riktning som skiljer sig från den ursprungliga.

Detta händer eftersom pendeln rör sig i en rak linje medan jorden under den vänder.

På norra halvklotet kommer pendeln att röra sig medurs, i söder kommer den att röra sig moturs.

Även om det är komplicerat kan du använda Foucaults pendel för att beräkna din latitud genom att använda en trigonometrisk ekvation.

tips

Du kan använda två personer för att utföra dessa experiment exakt - en som använder pendeln och den andra som mäter tiden.
Om du vill skapa en mer exakt pendel, använd en annan tråd för att hålla vikten vid önskad höjd. Bränn slutet av tråden för att göra "höst" vikten. Detta förhindrar att du oavsiktligt trycker tyngden framåt eller sidled när du släpper den.
Vissa tror att pendeln också har speciella krafter för spådom.

Dela på sociala nätverk:

Relaterade