En pendel består av en vikt upphängd från en stav eller ett rep som svänger fram och tillbaka. Pendlar är vanliga i tidtagningsanordningar som metronomer, pendelur, seismometrar och svängande rökelsebrännare och kan användas för att illustrera komplexa fysikproblem.
Steg
Metod 1 av 3: Förstå grundpendeln
Steg 1. Vet att en pendel är en vikt som hänger fritt på strängens ände
Innan du börjar använda en pendel måste du veta vad en pendel är och hur den fungerar. Lyckligtvis är en pendel inget annat än en hängande vikt som kan svänga fram och tillbaka. Repet knyts på en fast punkt så att endast vikten och repet rör sig.
- Håll änden av ett hängande halsband eller jojo-leksak mellan fingrarna och flytta "vikten" längst ner. Du har gjort din första pendel!
- Ett vanligt exempel på en pendel är en stor svängande vikt på en pendelklocka.
Steg 2. För att använda en pendel, dra tillbaka vikten och släpp den sedan
Se till att du håller repet hårt och tar bort vikten utan att trycka på den. Vikten kommer att svänga fram och tillbaka och återgå till nästan samma höjd som när du tappade den.
- Pendeln kommer att svänga för alltid om inget saktar ner den eller ändrar riktning.
- Faktum är att yttre krafter som friktion och luftmotstånd saktar ner pendeln.
Steg 3. Gör en enkel pendel med ett snöre, batteri och måttband för att bättre förstå det
Om du lär dig genom praktiska aktiviteter eller vill lära barn hur en pendel fungerar kan du snabbt bygga en pendel för att experimentera med:
- Knyt ena änden av repet till mitten av ett måttband eller en stolpe.
- Knyt den andra änden till ett batteri eller annan liten last.
- Balansera det uppmätta träet på ryggen på två lika stolar så att batteriet hänger fritt mellan dem och kan svänga utan att träffa någonting.
- Lyft batteriet, håll repet stramt och släpp det så att det svänger fram och tillbaka.
Steg 4. Identifiera det vetenskapliga ordförrådet för pendeln
Som med de flesta vetenskapliga aktiviteter är förståelse och användning av en pendel bara möjlig om du kan de ord som beskriver den.
- Amplitud: Den högsta punkten som pendeln når.
- Guppa: Ett annat namn på lasten på pendelns spets.
- Jämvikt: pendelns mittpunkt; där lasten är om den inte rör sig.
- Frekvens: Antalet gånger pendeln svänger fram och tillbaka under en viss tid.
- Period: Den tid det tar en rörlig pendel att återvända till samma plats.
Metod 2 av 3: Använda en pendel för att lära ut grundläggande fysik
Steg 1. Observera att pendelförsök är ett bra sätt att lära ut den vetenskapliga metoden
Den vetenskapliga metoden har varit ryggraden i vetenskaplig forskning sedan antikens Grekland, och pendeln är ett objekt som är lätt att tillverka och snabbt ger resultat. När du utför något av följande experiment, ta dig tid att formulera en hypotes, diskutera vilken variabel du testar och jämför resultaten.
- Experimentera alltid upp till 5-6 gånger för att säkerställa konsekvens i dina resultat.
- Kom ihåg att bara prova ett experiment i taget- annars vet du inte vad som förändrar pendelns svängning.
Steg 2. Ändra vikten i slutet av repet för att lära ut gravitationen
Ett av de enklaste sätten att lära sig om gravitationens effekt är genom en pendel, och du kan bli förvånad över resultaten. För att se tyngdkraftens effekt:
- Dra i pendeln 10 cm och släpp den.
- Använd ett stoppur för att ta fram pendelperioden. Upprepa 5-10 gånger.
- Lägg till en tyngre bob till pendeln och upprepa experimentet.
- Perioden och frekvensen kommer att vara exakt densamma! Detta beror på att gravitationen påverkar alla laster lika mycket. Till exempel kommer ett mynt och ett tegel att falla med samma hastighet.
Steg 3. Ändra var du tappar belastningen för att studera amplituden
När du drar snöret högre har du ökat pendelns amplitud eller höjd. Ändrar det dock hur snabbt pendeln återvänder till din hand? Upprepa experimentet ovan, men dra den här gången pendeln 20 centimeter bort och ändra inte belastningen.
- Om du gjorde allt korrekt ändras inte pendelperioden.
- Att ändra amplituden ändrar inte frekvensen, ett faktum som kommer till nytta inom trigonometri, ljudvetenskap och många andra områden.
Steg 4. Ändra längden på repet
Upprepa experimentet ovan, men istället för att ändra hur mycket vikt du lägger till eller hur högt du tappar det, använd ett kortare eller längre rep.
Den här gången kommer du definitivt att märka förändringarna. Faktum är att ändra strängens längd är det enda som kommer att förändra pendelns period och frekvens
Steg 5. Lär dig mer om pendelfysik för att lära dig om tröghet, energiöverföring och acceleration
För fler seniorstudenter eller blivande fysiker är pendlar ett bra sätt att lära sig sambandet mellan acceleration, friktion och trigonometri. Sök efter "pendelekvationer" eller utforma dina egna experiment för att hitta dem. Några frågor att tänka på:
- Hur snabbt rör sig bob på sin lägsta punkt? Hur hittar du bobens hastighet vid varje punkt?
- Hur mycket rörelseenergi har boben någon gång i pendeln? Som ett hjälpmedel, använd ekvationen: Kinetic Energy = 0,5 x Bob's Mass x Velocity2
- Hur kan du förutsäga en pendels period baserat på strängens längd?
Metod 3 av 3: Använda en pendel för att mäta
Steg 1. Justera repens längd för att mäta tiden
Medan du drar repet längre och ändrar lasten inte kan ändra perioden, kan förlängning eller förkortning av repet ändra perioden. Så här gör du en gammal klocka - om du ändrar pendelns längd perfekt kan du göra en period eller full sväng, vilket tar två sekunder. Räkna antalet perioder och du vet hur lång tid som har gått.
- Pendelklockan är fäst vid växeln så att varje gång pendeln svänger kommer sekundvisaren på klockan att röra sig.
- I en pendelklocka ger en vikt som svänger i en riktning en "fästing" och svänger tillbaka för att producera en "knackning".
Steg 2. Använd din pendel för att mäta vibrationer i närheten, inklusive jordbävningar
En seismograf, en maskin som mäter intensiteten och riktningen av jordbävningar, är en komplex pendel som rör sig endast när jordskorpan rör sig. Medan det är extremt komplicerat att kalibrera en pendel bara för att mäta platttektonik, kan du göra nästan vilken pendel som helst till en grundläggande seismograf med bara penna och papper.
- Lim en penna eller penna till vikten i slutet av pendeln.
- Lägg ett papper under pendeln så att pennan vidrör papperet och gör markeringar.
- Vicka försiktigt på pendeln, men skaka inte strängen. Ju hårdare du skakar pendeln, desto större märken på ditt papper. Detta är förknippat med en större”jordbävning”.
- Den ursprungliga seismografen hade ett roterande papper så att du kunde se styrkan hos en jordbävning över tid.
- Pendeln har använts för att mäta jordbävningar sedan 132 e. Kr. i Kina.
Steg 3. Använd en speciell pendel som kallas Foucaults pendel för att bevisa att jorden roterar
Även om människor idag vet att jorden roterar på sin axel, är Foucaults pendel det tidigaste beviset på detta koncept. För att replikera den behöver du en stor pendel, med en minsta längd på 4,9 meter och en vikt på över 11,3 kg, för att minimera yttre variabler som vind eller friktion.
- Flytta pendeln så att den kan svänga länge.
- När tiden går kommer du att märka att pendeln svänger i en annan riktning än när du började svingen.
- Detta händer eftersom pendeln rör sig i en rak linje medan jorden nedanför roterar.
- På norra halvklotet kommer pendeln att röra sig medurs och på södra halvklotet kommer pendeln att röra sig motsols.
- Även om det är komplicerat kan du använda Foucaults pendel för att beräkna latitud med hjälp av trigonometriska ekvationer.
Tips
- Du kan behöva två personer för att utföra detta experiment exakt - en person som använder en pendel och den andra personen håller koll på tiden.
- Om du vill göra en mer exakt pendel, använd ett annat rep för att hålla vikten på önskad höjd. Bränn änden av repet för att "tappa" vikten. Detta hindrar dig från att av misstag skjuta vikten framåt eller åt sidan när du släpper den.
- Vissa människor tror att pendeln också har speciella gudomliga krafter.
