Kyvadlo se skládá ze závaží zavěšeného na tyči nebo laně, které se houpe dopředu a dozadu. Kyvadla jsou běžná v časoměrných zařízeních, jako jsou metronomy, kyvadlové hodiny, seismometry a kyvné kadidelnice, a lze je použít k ilustraci složitých fyzikálních problémů.
Krok
Metoda 1 ze 3: Pochopení základního kyvadla
Krok 1. Vězte, že kyvadlo je závaží volně visící na konci provázku
Než začnete kyvadlo používat, musíte vědět, co to kyvadlo je a jak funguje. Kyvadlo naštěstí není nic jiného než visící závaží, které se může houpat tam a zpět. Lano je zavázáno v pevném bodě, takže se pohybuje pouze váha a lano.
- Držte konec přívěskového náhrdelníku nebo jojo hračky mezi prsty a posuňte „závaží“ve spodní části. Vyrobili jste své první kyvadlo!
- Běžným příkladem kyvadla je velké kyvné závaží na kyvadlových hodinách.
Krok 2. Chcete -li použít kyvadlo, zatáhněte závaží zpět a poté jej uvolněte
Ujistěte se, že držíte lano napnuté a odebíráte závaží, aniž byste na něj tlačili. Váha se bude houpat tam a zpět a vrátí se téměř do stejné výšky, jako když jste ji shodili.
- Kyvadlo se bude navždy houpat, pokud ho nic nezpomalí nebo nezmění jeho směr.
- Vnější síly, jako je tření a odpor vzduchu, ve skutečnosti kyvadlo zpomalí.
Krok 3. Vytvořte jednoduché kyvadlo pomocí provázku, baterie a svinovacího metru, abyste jej lépe pochopili
Pokud se učíte praktickými aktivitami nebo chcete naučit děti, jak kyvadlo funguje, můžete rychle postavit kyvadlo a experimentovat s ním:
- Jeden konec lana přivažte ke středu dřevěné svinovací metry nebo tyče.
- Druhý konec přivažte k baterii nebo jinému malému nákladu.
- Vyvažujte odměřené dřevo na opěradlech dvou stejných židlí, aby mezi nimi baterie volně visela a mohla se houpat, aniž by cokoli zasáhla.
- Zvedněte baterii tak, aby bylo lano napnuté, a uvolněte jej, aby se houpalo tam a zpět.
Krok 4. Identifikujte vědeckou slovní zásobu kyvadla
Jako u většiny vědeckých činností je pochopení a použití kyvadla možné pouze tehdy, znáte -li slova, která ho popisují.
- Amplituda: Nejvyšší bod, kterého kyvadlo dosáhne.
- Bob: Jiný název pro zatížení na špičce kyvadla.
- Rovnováha: střed kyvadla; kde je náklad, pokud se nepohybuje.
- Frekvence: Kolikrát se kyvadlo v daném čase hýbe tam a zpět.
- Doba: Doba, po kterou se pohybující kyvadlo vrátí na stejné místo.
Metoda 2 ze 3: Použití kyvadla k výuce základní fyziky
Krok 1. Všimněte si, že experimenty s kyvadlem jsou skvělý způsob, jak učit vědecké metody
Vědecká metoda je páteří vědeckého výzkumu již od starověkého Řecka a kyvadlo je předmět, který se snadno vyrábí a rychle přináší výsledky. Při provádění některého z následujících experimentů si udělejte čas na formulování hypotézy, prodiskutujte, kterou proměnnou testujete, a porovnejte výsledky.
- Vždy experimentujte až 5-6krát, abyste zajistili konzistenci svých výsledků.
- Nezapomeňte vyzkoušet pouze jeden experiment najednou- jinak nebudete vědět, co mění výkyv kyvadla.
Krok 2. Změňte hmotnost na konci lana, abyste učili gravitaci
Jedním z nejjednodušších způsobů, jak se dozvědět o účinku gravitace, je kyvadlo a výsledky vás možná překvapí. Chcete -li vidět účinek gravitace:
- Vytáhněte kyvadlo o 10 cm a uvolněte ho.
- Pomocí stopek načasujte období kyvadla. Opakujte 5-10krát.
- Do kyvadla přidejte těžší bob a experiment opakujte.
- Perioda a frekvence budou úplně stejné! Je to proto, že gravitace ovlivňuje všechna zatížení stejně. Například mince a cihla padnou stejnou rychlostí.
Krok 3. Změňte místo, kde upustíte zátěž, abyste studovali amplitudu
Když zatáhnete za strunu výše, zvýšili jste amplitudu nebo výšku kyvadla. Mění se však na tom, jak rychle se vám kyvadlo vrátí do ruky? Opakujte výše uvedený experiment, ale tentokrát vytáhněte kyvadlo o 20 centimetrů a neměňte zatížení.
- Pokud jste vše udělali správně, období kyvadla se nezmění.
- Změna amplitudy nemění frekvenci, což je fakt, který se bude hodit v trigonometrii, zvukové vědě a mnoha dalších oblastech.
Krok 4. Změňte délku lana
Opakujte výše uvedený experiment, ale místo toho, abyste změnili, jakou váhu přidáváte nebo jak vysoko ji shazujete, použijte kratší nebo delší lano.
Tentokrát si změn určitě všimnete. Ve skutečnosti je změna délky řetězce jedinou věcí, která změní období a frekvenci kyvadla
Krok 5. Zjistěte více o fyzice kyvadla, abyste se dozvěděli o setrvačnosti, přenosu energie a zrychlení
Pro starší studenty nebo začínající fyziky jsou kyvadla skvělým způsobem, jak se naučit vztah mezi zrychlením, třením a trigonometrií. Hledejte „kyvadlové rovnice“nebo je navrhněte vlastními experimenty a najděte je. Několik otázek, které je třeba zvážit:
- Jak rychle se bob pohybuje v nejnižším bodě? Jak zjistíte rychlost bobu v každém bodě?
- Kolik kinetické energie má bob v kterémkoli bodě kyvadla? Jako pomůcku použijte rovnici: Kinetická energie = 0,5 x Bobova hmotnost x rychlost. Rychlost2
- Jak můžete předpovědět dobu kyvadla na základě délky řetězce?
Metoda 3 ze 3: Použití kyvadla k měření
Krok 1. Upravte délku lana, abyste změřili čas
Při dalším tažení lana zpět a změně zátěže nelze změnit periodu, prodloužení nebo zkrácení lana může změnit periodu. Takto vyrobíte staré hodiny - pokud dokonale změníte délku kyvadla, můžete udělat tečku nebo plný švih, což trvá dvě sekundy. Spočítejte si období a víte, kolik času uplynulo.
- Kyvadlové hodiny jsou připevněny k ozubenému kolu, takže pokaždé, když se kyvadlo zhoupne, začne se pohybovat ručička hodin.
- V kyvadlových hodinách závaží, které se otáčí v jednom směru, vytváří „tik“a houpáním zpět vytváří „klepání“.
Krok 2. Pomocí kyvadla změřte vibrace v okolí, včetně zemětřesení
Seismograf, stroj, který měří intenzitu a směr zemětřesení, je složité kyvadlo, které se pohybuje pouze tehdy, když se pohybuje zemská kůra. Zatímco kalibrace kyvadla jen pro měření deskové tektoniky je extrémně komplikovaná, téměř jakékoli kyvadlo můžete proměnit v základní seismograf pouhým perem a papírem.
- Na závaží na konci kyvadla přilepte tužku nebo tužku.
- Pod kyvadlo položte kus papíru tak, aby se pero dotýkalo papíru a vytvářelo značky.
- Jemně houpejte kyvadlo, ale netřepejte strunou. Čím silněji zatřeseš s kyvadlem, tím větší jsou značky na tvém papíře. To je spojeno s větším „zemětřesením“.
- Původní seismograf měl rotující kus papíru, takže jste mohli časem vidět sílu zemětřesení.
- Kyvadlo se k měření zemětřesení používá od roku 132 n. L. V Číně.
Krok 3. Pomocí speciálního kyvadla zvaného Foucaultovo kyvadlo prokažte, že se Země otáčí
Ačkoli dnes lidé vědí, že se Země otáčí kolem své osy, Foucaultovo kyvadlo je nejčasnějším důkazem tohoto konceptu. K jeho replikaci budete potřebovat velké kyvadlo s minimální délkou 4,9 metru a hmotností přes 11,3 kg, aby se minimalizovaly vnější proměnné, jako je vítr nebo tření.
- Pohybujte kyvadlem tak, aby se mohlo dlouho houpat.
- Postupem času si všimnete, že se kyvadlo houpá jiným směrem, než když jste švih začali.
- K tomu dochází, protože kyvadlo se pohybuje v přímce, zatímco Země pod ním se otáčí.
- Na severní polokouli se kyvadlo bude pohybovat ve směru hodinových ručiček a na jižní polokouli se bude kyvadlo pohybovat proti směru hodinových ručiček.
- Ačkoli je to složité, můžete použít Foucaultovo kyvadlo k výpočtu zeměpisné šířky pomocí goniometrických rovnic.
Tipy
- K přesnému provedení tohoto experimentu budete možná potřebovat dvě osoby - jedna osoba používá kyvadlo a druhá sleduje čas.
- Pokud chcete udělat přesnější kyvadlo, použijte jiné lano, které udrží váhu v požadované výšce. Vypálte konec lana, abyste „shodili“váhu. Zabráníte tak nechtěnému tlačení závaží dopředu nebo do strany, když ho uvolníte.
- Někteří lidé věří, že kyvadlo má také zvláštní božské schopnosti.
