Pendel koosneb vardale või köiele riputatud raskusest, mis kõigub edasi -tagasi. Pendlid on tavalised ajaarvestusseadmetes, nagu metronoomid, pendlikellad, seismomeetrid ja kiigeviirukipõletid, ning neid saab kasutada keeruliste füüsikaülesannete illustreerimiseks.
Samm
Meetod 1 /3: Põhipendli mõistmine
Samm 1. Tea, et pendel on nööri otsas vabalt rippuv raskus
Enne pendli kasutamist peate teadma, mis on pendel ja kuidas see töötab. Õnneks pole pendel midagi muud kui rippuv raskus, mis võib edasi -tagasi kiikuda. Köis seotakse fikseeritud kohta nii, et liiguvad ainult raskus ja köis.
- Hoidke ripatskaelakee või yo-yo mänguasja otsa sõrmede vahel ja liigutage "raskust" allosas. Olete teinud oma esimese pendli!
- Pendli tavaline näide on pendlikellal olev suur kõikuv raskus.
Samm 2. Pendli kasutamiseks tõmmake raskus tagasi ja vabastage see
Veenduge, et hoiate trossi pingul ja eemaldage raskus seda vajutamata. Kaal kõigub edasi -tagasi, naastes peaaegu samale kõrgusele kui kukutamisel.
- Pendel kõigub igavesti, kui miski ei aeglusta seda ega muuda suunda.
- Tegelikult aeglustavad välised jõud, nagu hõõrdumine ja õhutakistus, pendlit.
Samm 3. Tehke nööri, aku ja mõõdulindi abil lihtne pendel, et seda paremini mõista
Kui õpite praktiliste tegevuste kaudu või soovite õpetada lastele, kuidas pendel töötab, saate katsetamiseks kiiresti pendli ehitada.
- Siduge köie üks ots puidust mõõdulindi või varda keskele.
- Siduge teine ots aku või muu väikese koorma külge.
- Tasakaalustage mõõdetud puit kahe võrdse tooli seljatoele, nii et aku ripuks nende vahel vabalt ja saaks kõikuda ilma midagi löömata.
- Tõstke akut, hoides köit pingul, ja vabastage see nii, et see kõigub edasi -tagasi.
Samm 4. Tehke kindlaks pendli teaduslik sõnavara
Nagu enamiku teadustegevuste puhul, on pendli mõistmine ja kasutamine võimalik ainult siis, kui teate seda kirjeldavaid sõnu.
- Amplituud: Pendli kõrgeim punkt.
- Bob: Pendli otsa koormuse teine nimi.
- Tasakaal: pendli keskpunkt; kus on koormus, kui see ei liigu.
- Sagedus: Mitu korda pendel teatud aja jooksul edasi -tagasi liigub.
- Periood: Aeg, mis kulub liikuva pendli naasmiseks samasse kohta.
Meetod 2/3: pendli kasutamine põhifüüsika õpetamiseks
Samm 1. Pange tähele, et pendelkatsed on suurepärane viis teadusliku meetodi õpetamiseks
Teaduslik meetod on olnud teaduslike uuringute alustala juba Vana -Kreekast saadik ning pendel on objekt, mida on lihtne toota ja mis annab kiiresti tulemusi. Kui teete mõnda järgmistest katsetest, võtke aega hüpoteesi koostamiseks, arutage, millist muutujat testite, ja võrrelge tulemusi.
- Tulemuste järjepidevuse tagamiseks katsetage alati kuni 5-6 korda.
- Ärge unustage proovida ainult ühte katset korraga- muidu ei tea te, mis muudab pendli õõtsumist.
Samm 2. Muutke raskuse õpetamiseks trossi kaalu
Üks lihtsamaid viise gravitatsiooni mõju tundmaõppimiseks on pendel ja te võite tulemuste üle üllatuda. Gravitatsiooni mõju nägemiseks toimige järgmiselt.
- Tõmmake pendlit 10 cm ja vabastage see.
- Pendelperioodi ajastamiseks kasutage stopperit. Korda 5-10 korda.
- Lisage pendlile raskem bob ja korrake katset.
- Periood ja sagedus on täpselt sama! Seda seetõttu, et gravitatsioon mõjutab kõiki koormusi võrdselt. Näiteks münt ja telliskivi langevad sama kiirusega.
Samm 3. Amplituudi uurimiseks muutke koormuse langetamise kohta
Nööri kõrgemale tõmmates olete suurendanud pendli amplituudi või kõrgust. Kuid kas see muudab seda, kui kiiresti pendel teie käe juurde naaseb? Korrake ülaltoodud katset, kuid seekord tõmmake pendel 20 sentimeetri kaugusele ja ärge muutke koormust.
- Kui tegite kõik õigesti, ei muutu pendli periood.
- Amplituudi muutmine ei muuda sagedust, mis tuleb kasuks trigonomeetrias, heliteaduses ja paljudes teistes valdkondades.
Samm 4. Muutke köie pikkust
Korrake ülaltoodud katset, kuid selle asemel, et muuta, kui palju kaalu lisate või kui kõrgele langetate, kasutage lühemat või pikemat köit.
Seekord märkate kindlasti muutusi. Tegelikult on nööri pikkuse muutmine ainus asi, mis muudab pendli perioodi ja sagedust
Samm 5. Lisateave pendelfüüsika kohta, et õppida inertsi, energia ülekandmist ja kiirendust
Vanematele üliõpilastele või edasipüüdlikele füüsikutele on pendlid suurepärane võimalus kiirenduse, hõõrdumise ja trigonomeetria vahelise seose õppimiseks. Otsige "pendelvõrrandeid" või kavandage nende leidmiseks oma katseid. Mõned küsimused, mida kaaluda:
- Kui kiiresti liigub bob oma madalaimas punktis? Kuidas leida bobi kiirus igas punktis?
- Kui palju on bobil kineetilist energiat pendli mis tahes punktis? Abivahendina kasutage võrrandit: kineetiline energia = 0,5 x Bobi mass x kiirus2
- Kuidas saab nööri pikkuse põhjal ennustada pendli perioodi?
Meetod 3 /3: mõõtmiste tegemiseks pendli kasutamine
Samm 1. Aja mõõtmiseks reguleerige köie pikkust
Kui trossi edasi tõmmates ja koormust muutes ei saa perioodi muuta, võib trossi pikendamine või lühendamine perioodi muuta. Vana kella valmistamine on selline - kui muudate pendli pikkust ideaalselt, saate teha punkti või täie hooga, mis võtab aega kaks sekundit. Lugege perioodide arv ja teate, kui palju aega on möödas.
- Pendlikell on hammasratta külge kinnitatud, nii et iga kord, kui pendel kõigub, liigub kella teine käsi.
- Pendlikellis tekitab ühes suunas kõikuv kaal "puugi" ja liigub tagasi, et tekitada "koputus".
2. samm. Kasutage oma pendlit lähedal asuvate vibratsioonide, sealhulgas maavärinate mõõtmiseks
Seismograaf, masin, mis mõõdab maavärinate intensiivsust ja suunda, on keeruline pendel, mis liigub alles siis, kui maapõue liigub. Kuigi pendli kalibreerimine ainult plaaditektoonika mõõtmiseks on äärmiselt keeruline, saate peaaegu iga pendli muuta lihtsaks pliiatsi ja paberiga seismograafiks.
- Liimige pliiats või pliiats pendli lõpus oleva kaalu külge.
- Asetage paberitükk pendli alla nii, et pliiats puudutaks paberit ja teeks märke.
- Raputage õrnalt pendlit, kuid ärge raputage nööri. Mida tugevamalt pendlit raputate, seda suuremad on märgid paberil. See on seotud suurema "maavärinaga".
- Algsel seismograafil oli pöörlev paberitükk, et saaksite näha maavärina tugevust aja jooksul.
- Pendlit on kasutatud maavärinate mõõtmiseks alates 132. aastast Hiinas.
Samm 3. Maa pöörlemise tõestamiseks kasutage spetsiaalset pendlit, mida nimetatakse Foucault’pendliks
Kuigi tänapäeval teavad inimesed, et Maa pöörleb ümber oma telje, on Foucault’pendel selle mõiste varaseim tõend. Selle kordamiseks vajate suurt pendlit, mille minimaalne pikkus on 4,9 meetrit ja kaal üle 11,3 kg, et minimeerida väliseid muutujaid, nagu tuul või hõõrdumine.
- Liigutage pendlit nii, et see saaks pikka aega kõikuda.
- Aja möödudes märkate, et pendel kõigub teises suunas, kui alustasite kiikumist.
- See juhtub seetõttu, et pendel liigub sirgjooneliselt, samal ajal kui maa allpool pöörleb.
- Põhjapoolkeral liigub pendel päripäeva ja lõunapoolkeral pendel vastupäeva.
- Kuigi see on keeruline, saate trigonomeetriliste võrrandite abil laiuskraadi arvutamiseks kasutada Foucault’pendlit.
Näpunäiteid
- Selle katse täpseks läbiviimiseks võib vaja minna kahte inimest - üks inimene kasutab pendlit ja teine jälgib aega.
- Kui soovite täpsemat pendlit teha, kasutage teise köie abil kaalu soovitud kõrgusel hoidmiseks. Põletage nööri ots, et kaal alla võtta. See hoiab ära kaalu vabastamisel juhuslikult ettepoole või külili surumise.
- Mõned inimesed usuvad, et pendlil on ka erilised jumalikud jõud.
