Et pendul består af en vægt ophængt fra en stang eller et reb, der svinger frem og tilbage. Pendler er almindelige i tidtagningsudstyr såsom metronomer, pendulure, seismometre og røgelsesbrændere og kan bruges til at illustrere komplekse fysiske problemer.
Trin
Metode 1 af 3: Forståelse af det grundlæggende pendul
Trin 1. Ved, at et pendul er en vægt, der frit hænger i enden af snoren
Inden du begynder at bruge et pendul, skal du vide, hvad et pendul er, og hvordan det fungerer. Heldigvis er et pendul ikke andet end en hængende vægt, der kan svinge frem og tilbage. Rebet bindes på et fast punkt, så kun vægten og rebet bevæger sig.
- Hold enden af en vedhængskæde eller jojo-legetøj mellem fingrene og flyt "vægten" i bunden. Du har lavet dit første pendul!
- Et almindeligt eksempel på et pendul er en stor svingende vægt på et pendulur.
Trin 2. Hvis du vil bruge et pendul, skal du trække vægten tilbage og derefter slippe den
Sørg for at holde rebet stramt og fjerne vægten uden at skubbe det. Vægten vil svinge frem og tilbage og vende tilbage til næsten samme højde som da du tabte den.
- Pendulet vil svinge for evigt, hvis intet bremser det eller ændrer dets retning.
- Faktisk vil eksterne kræfter som friktion og luftmodstand bremse pendulet.
Trin 3. Lav et simpelt pendul med en snor, batteri og målebånd for bedre at forstå det
Hvis du lærer gennem praktiske aktiviteter eller vil lære børn, hvordan et pendul fungerer, kan du hurtigt bygge et pendul til at eksperimentere med:
- Bind den ene ende af rebet til midten af et målebånd eller en stang i træ.
- Bind den anden ende til et batteri eller anden lille belastning.
- Balancer det målte træ på ryggen på to lige store stole, så batteriet hænger frit mellem dem og kan svinge uden at ramme noget.
- Løft batteriet, hold rebet stramt, og slip det, så det svinger frem og tilbage.
Trin 4. Identificer det videnskabelige ordforråd for pendulet
Som med de fleste videnskabelige aktiviteter er forståelse og brug af et pendul kun muligt, hvis du kender de ord, der beskriver det.
- Amplitude: Det højeste punkt, pendulet når.
- Bob: Et andet navn for belastningen på pendulspidsen.
- Ligevægt: pendulets midtpunkt; hvor belastningen er, hvis den ikke bevæger sig.
- Frekvens: Antallet af gange, pendulet svinger frem og tilbage på en given tid.
- Periode: Den tid, det tager et pendul i bevægelse at vende tilbage til det samme sted.
Metode 2 af 3: Brug af et pendul til at undervise i grundlæggende fysik
Trin 1. Bemærk, at pendulforsøg er en fantastisk måde at lære den videnskabelige metode på
Den videnskabelige metode har været rygraden i videnskabelig forskning siden det antikke Grækenland, og pendulet er et objekt, der er let at fremstille og hurtigt giver resultater. Når du udfører et af følgende eksperimenter, skal du tage dig tid til at formulere en hypotese, diskutere hvilken variabel du tester og sammenligne resultaterne.
- Eksperimenter altid op til 5-6 gange for at sikre konsekvens af dine resultater.
- Husk kun at prøve et eksperiment ad gangen- ellers ved du ikke, hvad der ændrer pendulets svingning.
Trin 2. Skift vægten for enden af rebet for at lære tyngdekraften
En af de enkleste måder at lære om tyngdekraftens virkning er gennem et pendul, og du kan blive overrasket over resultaterne. Sådan ser du tyngdekraftens virkning:
- Træk pendulet 10 cm og slip det.
- Brug et stopur til at fastsætte pendulperioden. Gentag 5-10 gange.
- Tilføj en tungere bob til pendulet og gentag eksperimentet.
- Perioden og hyppigheden vil være nøjagtig den samme! Dette skyldes, at tyngdekraften påvirker alle belastninger lige meget. For eksempel vil en mønt og en mursten falde med samme hastighed.
Trin 3. Skift, hvor du taber belastningen for at studere amplituden
Når du trækker snoren højere, har du øget pendulets amplitude eller højde. Men ændrer det på, hvor hurtigt pendulet vender tilbage til din hånd? Gentag ovenstående eksperiment, men denne gang skal du trække pendulet 20 centimeter væk og ikke ændre belastningen.
- Hvis du gjorde alt korrekt, ændres pendulperioden ikke.
- Ændring af amplituden ændrer ikke frekvensen, en kendsgerning, der vil komme til nytte inden for trigonometri, lydvidenskab og mange andre områder.
Trin 4. Skift rebets længde
Gentag forsøget ovenfor, men i stedet for at ændre, hvor meget vægt du tilføjer, eller hvor højt du taber det, skal du bruge et kortere eller længere reb.
Denne gang vil du helt sikkert bemærke ændringerne. Faktisk er ændring af strengens længde det eneste, der vil ændre pendulens periode og frekvens
Trin 5. Lær mere om pendulfysik for at lære om inerti, energioverførsel og acceleration
For flere ældre studerende eller håbefulde fysikere er penduler en god måde at lære forholdet mellem acceleration, friktion og trigonometri på. Søg efter "pendulligninger", eller design dine egne eksperimenter for at finde dem. Nogle spørgsmål at overveje:
- Hvor hurtigt bevæger bob sig på det laveste punkt? Hvordan finder du bobens hastighed på hvert punkt?
- Hvor meget kinetisk energi har boben på et hvilket som helst tidspunkt i pendulet? Som hjælp kan du bruge ligningen: Kinetisk energi = 0,5 x Bobs masse x hastighed2
- Hvordan kan du forudsige et penduls periode baseret på strengens længde?
Metode 3 af 3: Brug af et pendul til at måle
Trin 1. Juster rebets længde for at måle tiden
Mens du trækker rebet yderligere tilbage og ændrer belastningen ikke kan ændre perioden, kan forlængelse eller afkortning af rebet ændre perioden. Sådan laver du et gammelt ur - hvis du ændrer pendulets længde perfekt, kan du lave en periode eller fuld gang, hvilket tager to sekunder. Tæl antallet af perioder, og du ved, hvor lang tid der er gået.
- Penduluret er fastgjort til gearet, så hver gang pendulet svinger, vil sekundviseren på uret bevæge sig.
- I et pendulur frembringer en vægt, der svinger i en retning, et "kryds" og svinger tilbage for at producere et "bank".
Trin 2. Brug dit pendul til at måle vibrationer i nærheden, herunder jordskælv
En seismograf, en maskine, der måler intensiteten og retningen af jordskælv, er et komplekst pendul, der kun bevæger sig, når jordskorpen bevæger sig. Mens kalibrering af et pendul bare for at måle pladetektonik er ekstremt kompliceret, kan du gøre næsten ethvert pendul til en grundlæggende seismograf med bare pen og papir.
- Lim en pen eller blyant til vægten for enden af pendulet.
- Læg et stykke papir under pendulet, så pennen rører ved papiret og markerer.
- Vip forsigtigt pendulet, men ryst ikke snoren. Jo hårdere du ryster på pendulet, jo større mærker på dit stykke papir. Dette er forbundet med et større "jordskælv".
- Den originale seismograf havde et roterende stykke papir, så du kunne se styrken af et jordskælv over tid.
- Pendulet har været brugt til at måle jordskælv siden 132 e. Kr. i Kina.
Trin 3. Brug et specielt pendul kaldet Foucaults pendul for at bevise, at jorden roterer
Selvom folk i dag ved, at jorden roterer om sin akse, er Foucaults pendul det tidligste bevis på dette koncept. For at replikere det skal du bruge et stort pendul med en minimumslængde på 4,9 meter og en vægt på over 11,3 kg for at minimere eksterne variabler som vind eller friktion.
- Flyt pendulet på en sådan måde, at det kan svinge i lang tid.
- Som tiden går, vil du bemærke, at pendulet svinger i en anden retning, end da du startede svingningen.
- Dette sker, fordi pendulet bevæger sig i en lige linje, mens jorden nedenfor roterer.
- På den nordlige halvkugle vil pendulet bevæge sig med uret, og på den sydlige halvkugle vil pendulet bevæge sig mod uret.
- Selvom det er kompliceret, kan du bruge Foucaults pendul til at beregne breddegrad ved hjælp af trigonometriske ligninger.
Tips
- Du har muligvis brug for to personer til at udføre dette eksperiment nøjagtigt - en person ved hjælp af et pendul og den anden person holder styr på tiden.
- Hvis du vil lave et mere præcist pendul, skal du bruge et andet reb til at holde vægten i den ønskede højde. Brænd enden af rebet for at "tabe" vægten. Dette forhindrer dig i at komme til at skubbe vægten fremad eller sidelæns ved et uheld, når du slipper den.
- Nogle mennesker mener, at pendulet også har særlige spådommende kræfter.
