En pendel består av en vekt suspendert fra en stang eller et tau som svinger frem og tilbake. Pendler er vanlige i tidtaker som metronomer, pendelklokker, seismometre og røkelsesbrennere, og kan brukes til å illustrere komplekse fysikkproblemer.
Steg
Metode 1 av 3: Forstå den grunnleggende pendelen
Trinn 1. Vet at en pendel er en vekt som henger fritt på enden av strengen
Før du begynner å bruke en pendel, må du vite hva en pendel er og hvordan den fungerer. Heldigvis er en pendel ikke annet enn en hengende vekt som kan svinge frem og tilbake. Tauet er bundet på et fast punkt slik at bare vekten og tauet beveger seg.
- Hold enden av et anhengskjede eller jojo-leke mellom fingrene og flytt "vekten" nederst. Du har laget din første pendel!
- Et vanlig eksempel på en pendel er en stor svingende vekt på en pendelklokke.
Trinn 2. For å bruke en pendel, trekk vekten tilbake og slipp den deretter
Sørg for at du holder tauet tett og fjerner vekten uten å skyve den. Vekten vil svinge frem og tilbake og gå tilbake til nesten samme høyde som da du droppet den.
- Pendelen vil svinge for alltid hvis ingenting bremser den eller endrer retning.
- Faktisk vil eksterne krefter som friksjon og luftmotstand bremse pendelen.
Trinn 3. Lag en enkel pendel med en snor, batteri og målebånd for å bedre forstå den
Hvis du lærer gjennom praktiske aktiviteter eller vil lære barna hvordan en pendel fungerer, kan du raskt bygge en pendel for å eksperimentere med:
- Fest den ene enden av tauet til midten av et målebånd eller en stolpe.
- Fest den andre enden til et batteri eller annen liten last.
- Balansere det målte treet på baksiden av to like stoler slik at batteriet henger fritt mellom dem og kan svinge uten å treffe noe.
- Løft batteriet, hold tauet stramt, og slipp det slik at det svinger frem og tilbake.
Trinn 4. Identifiser det vitenskapelige vokabularet for pendelen
Som med de fleste vitenskapelige aktiviteter er forståelse og bruk av en pendel bare mulig hvis du kjenner ordene som beskriver den.
- Amplitude: Det høyeste punktet pendelen når.
- Bob: Et annet navn på belastningen på spissen av pendelen.
- Likevekt: pendelens midtpunkt; hvor lasten er hvis den ikke beveger seg.
- Frekvens: Antall ganger pendelen svinger frem og tilbake på en gitt tid.
- Periode: Hvor lang tid det tar en pendel i bevegelse å gå tilbake til samme sted.
Metode 2 av 3: Bruke en pendel for å lære grunnleggende fysikk
Trinn 1. Legg merke til at pendeleksperimenter er en fin måte å lære den vitenskapelige metoden på
Den vitenskapelige metoden har vært ryggraden i vitenskapelig forskning siden antikkens Hellas, og pendelen er et objekt som er lett å produsere og gir resultater raskt. Når du utfører noen av følgende eksperimenter, ta deg tid til å formulere en hypotese, diskutere hvilken variabel du tester og sammenligne resultatene.
- Eksperimenter alltid opptil 5-6 ganger for å sikre konsekvens av resultatene.
- Husk å bare prøve et eksperiment om gangen- ellers vet du ikke hva som endrer pendelen.
Trinn 2. Endre vekten på enden av tauet for å lære tyngdekraften
En av de enkleste måtene å lære om tyngdekraftens effekt er gjennom en pendel, og du kan bli overrasket over resultatene. For å se effekten av tyngdekraften:
- Trekk pendelen 10 cm og slipp den.
- Bruk en stoppeklokke for å tidsbestemme pendelperioden. Gjenta 5-10 ganger.
- Legg en tyngre bob til pendelen og gjenta eksperimentet.
- Perioden og frekvensen vil være nøyaktig den samme! Dette er fordi tyngdekraften påvirker alle belastninger likt. For eksempel vil en mynt og en murstein falle med samme hastighet.
Trinn 3. Endre hvor du slipper belastningen for å studere amplituden
Når du trekker snoren høyere, har du økt amplituden eller høyden på pendelen. Imidlertid endrer det hvor raskt pendelen kommer tilbake til hånden din? Gjenta eksperimentet ovenfor, men denne gangen trekker du pendelen 20 centimeter unna og ikke endrer belastningen.
- Hvis du gjorde alt riktig, vil ikke pendelperioden endres.
- Å endre amplituden endrer ikke frekvensen, et faktum som vil komme godt med i trigonometri, lydvitenskap og mange andre felt.
Trinn 4. Endre lengden på tauet
Gjenta eksperimentet ovenfor, men i stedet for å endre hvor mye vekt du legger til eller hvor høyt du slipper det, bruker du et kortere eller lengre tau.
Denne gangen vil du definitivt legge merke til endringene. Faktisk er det å endre lengden på strengen det eneste som vil endre perioden og frekvensen til pendelen
Trinn 5. Lær mer om pendelfysikk for å lære om treghet, energioverføring og akselerasjon
For flere eldre studenter eller håpefulle fysikere er pendler en fin måte å lære forholdet mellom akselerasjon, friksjon og trigonometri. Søk etter "pendellikninger", eller utform dine egne eksperimenter for å finne dem. Noen spørsmål å vurdere:
- Hvor fort beveger bob seg på det laveste punktet? Hvordan finner du bobens hastighet på hvert punkt?
- Hvor mye kinetisk energi har boben på noe tidspunkt i pendelen? Som et hjelpemiddel kan du bruke ligningen: Kinetic Energy = 0,5 x Bob's Mass x Velocity2
- Hvordan kan du forutsi perioden til en pendel basert på strengens lengde?
Metode 3 av 3: Bruk en pendel til å måle
Trinn 1. Juster lengden på tauet for å måle tiden
Mens du trekker tauet ytterligere og endrer lasten ikke kan endre perioden, kan forlengelse eller forkortelse av tauet endre perioden. Slik lager du en gammel klokke - hvis du endrer pendelens lengde perfekt, kan du gjøre en periode eller full sving, noe som tar to sekunder. Tell antall perioder og du vet hvor lang tid som har gått.
- Pendelklokken er festet til giret slik at hver gang pendelen svinger, vil sekundviseren på klokken bevege seg.
- I en pendelklokke gir en vekt som svinger i en retning et "kryss" og svinger tilbake for å produsere et "bank".
Trinn 2. Bruk pendelen din til å måle vibrasjoner i nærheten, inkludert jordskjelv
En seismograf, en maskin som måler intensiteten og retningen på jordskjelv, er en kompleks pendel som bare beveger seg når jordskorpen beveger seg. Selv om det er ekstremt komplisert å kalibrere en pendel bare for å måle platetektonikk, kan du gjøre nesten hvilken som helst pendel til en grunnleggende seismograf med bare penn og papir.
- Lim en penn eller blyant til vekten på enden av pendelen.
- Legg et stykke papir under pendelen slik at pennen berører papiret og merker.
- Vip forsiktig pendelen, men ikke rist ved snoren. Jo hardere du rister på pendelen, jo større merker er det på papiret ditt. Dette er forbundet med et større "jordskjelv".
- Den originale seismografen hadde et roterende stykke papir, slik at du kunne se styrken til et jordskjelv over tid.
- Pendelen har blitt brukt til å måle jordskjelv siden 132 e. Kr. i Kina.
Trinn 3. Bruk en spesiell pendel kalt Foucaults pendel for å bevise at jorden roterer
Selv om folk i dag vet at jorden roterer på sin akse, er Foucaults pendel det tidligste beviset på dette konseptet. For å replikere den trenger du en stor pendel, med en minimumslengde på 4,9 meter og en vekt på over 11,3 kg, for å minimere eksterne variabler som vind eller friksjon.
- Flytt pendelen på en slik måte at den kan svinge lenge.
- Etter hvert som tiden går, vil du legge merke til at pendelen svinger i en annen retning enn da du startet svingen.
- Dette skjer fordi pendelen beveger seg i en rett linje mens jorden nedenfor roterer.
- På den nordlige halvkule vil pendelen bevege seg med klokken og på den sørlige halvkule vil pendelen bevege seg mot klokken.
- Selv om det er komplisert, kan du bruke Foucaults pendel til å beregne breddegrad ved hjelp av trigonometriske ligninger.
Tips
- Du kan trenge to personer for å utføre dette eksperimentet nøyaktig - en person som bruker en pendel og den andre holder oversikt over tiden.
- Hvis du vil lage en mer nøyaktig pendel, bruker du et annet tau for å holde vekten i ønsket høyde. Brenn enden av tauet for å "slippe" vekten. Dette forhindrer at du ved et uhell skyver vekten forover eller sidelengs når du slipper den.
- Noen mennesker tror at pendelen også har spesielle spådomskrefter.
