Švytuoklę sudaro svoris, pakabintas ant strypo ar virvės, kuris svyruoja pirmyn ir atgal. Švytuoklės yra įprastos laiko skaičiavimo priemonėse, tokiose kaip metronomai, švytuokliniai laikrodžiai, seismometrai ir svyrantieji smilkiniai, ir gali būti naudojamos sudėtingoms fizikos problemoms iliustruoti.
Žingsnis
1 metodas iš 3: pagrindinės švytuoklės supratimas
Žingsnis 1. Žinokite, kad švytuoklė yra svoris, laisvai kabantis virvelės gale
Prieš pradėdami naudoti švytuoklę, turite žinoti, kas yra švytuoklė ir kaip ji veikia. Laimei, švytuoklė yra ne kas kita, kaip kabantis svoris, galintis svyruoti pirmyn ir atgal. Virvė yra surišta fiksuotoje vietoje, kad judėtų tik svoris ir virvė.
- Laikykite pakabinamo kaklo papuošalo galą ar žaislą „yo-yo“tarp pirštų ir perkelkite „svorį“apačioje. Jūs padarėte savo pirmąją švytuoklę!
- Įprastas švytuoklės pavyzdys yra didelis svyravimų svoris ant švytuoklinio laikrodžio.
2 veiksmas. Norėdami naudoti švytuoklę, traukite svorį atgal ir atleiskite
Įsitikinkite, kad virvė tvirtai laikoma ir nuimkite svorį jo nespausdami. Svoris svyruos pirmyn ir atgal, sugrįš į beveik tokį patį aukštį, kaip jį numetus.
- Švytuoklė svyruos amžinai, jei niekas jos nesulėtins ar nepakeis krypties.
- Tiesą sakant, išorinės jėgos, tokios kaip trintis ir oro pasipriešinimas, sulėtins švytuoklę.
Žingsnis 3. Padarykite paprastą švytuoklę su virvele, baterija ir matavimo juosta, kad geriau ją suprastumėte
Jei mokotės praktinės veiklos metu arba norite išmokyti vaikus, kaip veikia švytuoklė, galite greitai sukurti švytuoklę, kad galėtumėte eksperimentuoti:
- Vieną virvės galą pririškite prie medinės juostos ar stulpo centro.
- Kitą galą prijunkite prie akumuliatoriaus ar kitos nedidelės apkrovos.
- Subalansuokite išmatuotą medieną ant dviejų vienodų kėdžių atlošų, kad akumuliatorius laisvai pakabintų tarp jų ir galėtų sūpuotis nieko nepataikęs.
- Pakelkite akumuliatorių, laikydami virvę įtemptą, ir atleiskite, kad ji svyruotų pirmyn ir atgal.
4 žingsnis. Nustatykite švytuoklės mokslinį žodyną
Kaip ir daugelyje mokslinių veiklų, švytuoklę suprasti ir naudoti galima tik žinant ją apibūdinančius žodžius.
- Amplitudė: Aukščiausia švytuoklės vieta.
- Bobas: Kitas svyruoklės galo apkrovos pavadinimas.
- Pusiausvyra: švytuoklės vidurio taškas; kur yra krovinys, jei jis nejuda.
- Dažnis: Kiek kartų švytuoklė svyruoja pirmyn ir atgal per tam tikrą laiką.
- Laikotarpis: Kiek laiko reikia judančiai švytuoklei grįžti į tą pačią vietą.
2 metodas iš 3: švytuoklės naudojimas pagrindinės fizikos mokymui
Žingsnis 1. Atminkite, kad švytuoklės eksperimentai yra puikus būdas mokyti mokslinio metodo
Mokslinis metodas nuo senovės Graikijos buvo mokslinių tyrimų pagrindas, o švytuoklė yra objektas, kurį lengva pagaminti ir kuris greitai duoda rezultatų. Atlikdami bet kurį iš šių eksperimentų, skirkite laiko hipotezei suformuluoti, aptarti, kurį kintamąjį bandote, ir palyginti rezultatus.
- Visada eksperimentuokite iki 5-6 kartų, kad užtikrintumėte rezultatų nuoseklumą.
- Nepamirškite vienu metu atlikti tik vieno eksperimento- kitaip jūs nežinosite, kas keičia švytuoklės svyravimus.
Žingsnis 2. Pakeiskite svorį virvės gale, kad išmokytumėte gravitacijos
Vienas iš paprasčiausių būdų sužinoti apie gravitacijos poveikį yra per švytuoklę, ir jūs galite būti nustebinti rezultatais. Norėdami pamatyti gravitacijos poveikį:
- Patraukite švytuoklę 10 cm ir atleiskite.
- Norėdami nustatyti švytuoklės laikotarpį, naudokite chronometrą. Pakartokite 5-10 kartų.
- Į švytuoklę įpilkite sunkesnę bobą ir pakartokite eksperimentą.
- Laikotarpis ir dažnis bus visiškai vienodi! Taip yra todėl, kad gravitacija vienodai veikia visas apkrovas. Pavyzdžiui, moneta ir plyta kris tuo pačiu greičiu.
Žingsnis 3. Pakeiskite amplitudės vietą
Kai traukiate virvelę aukščiau, padidinote švytuoklės amplitudę ar aukštį. Tačiau ar tai keičia, kaip greitai švytuoklė grįžta į jūsų ranką? Pakartokite aukščiau aprašytą eksperimentą, tačiau šį kartą švytuoklę atitraukite 20 centimetrų ir nekeiskite apkrovos.
- Jei viską padarėte teisingai, švytuoklės laikotarpis nesikeis.
- Pakeitus amplitudę, dažnis nesikeičia, o tai pravers trigonometrijoje, garso moksle ir daugelyje kitų sričių.
Žingsnis 4. Pakeiskite virvės ilgį
Pakartokite aukščiau pateiktą eksperimentą, tačiau vietoj to, kad pakeistumėte pridėtą svorį arba kiek jį numestumėte, naudokite trumpesnę ar ilgesnę virvę.
Šį kartą tikrai pastebėsite pokyčius. Tiesą sakant, stygos ilgio keitimas yra vienintelis dalykas, kuris pakeis švytuoklės periodą ir dažnumą
Žingsnis 5. Sužinokite daugiau apie švytuoklės fiziką, kad sužinotumėte apie inerciją, energijos perdavimą ir pagreitį
Vyresniems studentams ar norintiems fizikams švytuoklės yra puikus būdas sužinoti pagreičio, trinties ir trigonometrijos santykį. Ieškokite „švytuoklių lygčių“arba sukurkite savo eksperimentus, kad jas rastumėte. Keletas klausimų, kuriuos reikia apsvarstyti:
- Kaip greitai bob juda žemiausiame taške? Kaip rasti bobo greitį kiekviename taške?
- Kiek kinetinės energijos boba turi bet kuriame švytuoklės taške? Kaip pagalbinę priemonę naudokite lygtį: kinetinė energija = 0,5 x Bobo masė x greitis2
- Kaip galite numatyti švytuoklės laikotarpį pagal stygos ilgį?
3 metodas iš 3: Švytuoklės naudojimas matavimui
Žingsnis 1. Sureguliuokite virvės ilgį, kad išmatuotumėte laiką
Nors traukiant lyną atgal ir keičiant apkrovą, laikotarpis negali pasikeisti, lyno pailginimas ar sutrumpinimas gali pakeisti laikotarpį. Štai kaip pasigaminti seną laikrodį - jei tobulai pakeisite švytuoklės ilgį, tuomet galėsite padaryti tašką arba visą spartą, kuri trunka dvi sekundes. Suskaičiuokite periodų skaičių ir žinote, kiek laiko praėjo.
- Švytuoklinis laikrodis pritvirtintas prie pavaros taip, kad kiekvieną kartą, kai svyruos svyruos, antroji laikrodžio rodyklė pajudės.
- Švytuokliniame laikrodyje svoris, kuris svyruoja viena kryptimi, sukuria „varnelę“ir pasuka atgal, kad gautų „beldimą“.
Žingsnis 2. Švytuokle išmatuokite netoliese esančias vibracijas, įskaitant žemės drebėjimus
Seismografas - mašina, matuojanti žemės drebėjimų intensyvumą ir kryptį, yra sudėtinga švytuoklė, kuri juda tik judant Žemės plutai. Nors švytuoklės kalibravimas, norint išmatuoti plokščių tektoniką, yra labai sudėtingas, beveik bet kurią švytuoklę galite paversti pagrindiniu seismografu, naudodami tik rašiklį ir popierių.
- Klijuokite pieštuką ar pieštuką prie svorio švytuoklės gale.
- Padėkite popieriaus lapą po švytuokle taip, kad rašiklis liestų popierių ir padarytų žymes.
- Švelniai siūbuokite švytuoklę, bet virpėjimo virvelės nekratykite. Kuo stipriau purtysite švytuoklę, tuo didesnės žymės jūsų popieriaus lape. Tai siejama su didesniu „žemės drebėjimu“.
- Originalus seismografas turėjo besisukantį popieriaus lapą, kad galėtumėte matyti žemės drebėjimo stiprumą laikui bėgant.
- Švytuoklė buvo naudojama žemės drebėjimams matuoti nuo 132 m.
Žingsnis 3. Norėdami įrodyti, kad žemė sukasi, naudokite specialią švytuoklę, vadinamą Fuko švytuokle
Nors šiandien žmonės žino, kad žemė sukasi aplink savo ašį, Fuko švytuoklė yra ankstyviausias šios koncepcijos įrodymas. Norėdami jį pakartoti, jums reikės didelės švytuoklės, kurios ilgis ne mažesnis kaip 4,9 metro, o svoris - daugiau nei 11,3 kg, kad sumažintumėte išorinius kintamuosius, tokius kaip vėjas ar trintis.
- Perkelkite švytuoklę taip, kad ji galėtų ilgai svyruoti.
- Laikui bėgant pastebėsite, kad švytuoklė svyruoja kita kryptimi nei pradėjus sūpynę.
- Taip atsitinka todėl, kad švytuoklė juda tiesia linija, kol žemė sukasi žemiau.
- Šiauriniame pusrutulyje švytuoklė judės pagal laikrodžio rodyklę, o pietiniame pusrutulyje-prieš laikrodžio rodyklę.
- Nors tai sudėtinga, galite naudoti Foucault švytuoklę, kad apskaičiuotumėte platumą naudodami trigonometrines lygtis.
Patarimai
- Norint tiksliai atlikti šį eksperimentą, jums gali prireikti dviejų žmonių - vieno žmogaus, naudojančio švytuoklę, o kito, kuris stebi laiką.
- Jei norite padaryti tikslesnę švytuoklę, naudokite kitą virvę, kad svoris būtų norimame aukštyje. Sudeginkite virvės galą, kad „numestumėte“svorį. Taip išvengsite atsitiktinio stūmimo į priekį arba į šoną, kai jį atleisite.
- Kai kurie žmonės mano, kad švytuoklė taip pat turi ypatingų dieviškų galių.
