Маятник алға немесе артқа бұрылатын штангаға немесе арқанға ілінген салмақтан тұрады. Маятниктер метрометрлер, маятниктік сағаттар, сейсмометрлер және бұрылмалы хош иісті қондырғылар сияқты уақытты есептейтін құрылғыларда жиі кездеседі және оларды физиканың күрделі есептерін көрсету үшін қолдануға болады.
Қадам
3 -ші әдіс 1: Негізгі маятникті түсіну
Қадам 1. Маятник - жіптің ұшына еркін ілінетін салмақ екенін біліңіз
Маятникті пайдалануды бастамас бұрын, маятниктің не екенін және оның қалай жұмыс істейтінін білуіңіз керек. Бақытымызға орай, маятник - бұл ілгері және артқа айналатын салмақтан басқа ештеңе емес. Арқан салмақ пен арқан ғана қозғалатындай бекітілген нүктеге байланады.
- Аспалы алқаның немесе йо-йо ойыншығының ұшын саусақтарыңыздың арасынан ұстаңыз және төменгі жағындағы «салмақты» жылжытыңыз. Сіз бірінші маятникті жасадыңыз!
- Маятниктің жалпы мысалы - маятниктік сағаттағы үлкен тербелмелі салмақ.
Қадам 2. Маятникті қолдану үшін салмақты артқа тартып, содан кейін босатыңыз
Арқанды мықтап ұстағаныңызға және салмақты итерместен алып тастағаныңызға көз жеткізіңіз. Салмақ алға -артқа айналып, оны түсіргендегідей биіктікке оралады.
- Егер маятник ешнәрсені бәсеңдетпесе немесе бағытын өзгертпесе, мәңгілік айналады.
- Іс жүзінде үйкеліс пен ауа кедергісі сияқты сыртқы күштер маятникті баяулатады.
Қадам 3. Оны жақсырақ түсіну үшін жіппен, батареямен және рулеткамен қарапайым маятник жасаңыз
Егер сіз қолмен жұмыс жасау арқылы үйренсеңіз немесе балаларға маятниктің қалай жұмыс жасайтынын үйреткіңіз келсе, онда сіз тез арада маятник құрастыра аласыз:
- Арқанның бір ұшын ағаш рулетка немесе бағананың ортасына байлаңыз.
- Екінші ұшын батареяға немесе басқа шағын жүктемеге байлаңыз.
- Батарея олардың арасында еркін ілініп, ештеңеге соқпай бұрыла алатындай етіп, екі бірдей орындықтың арқасындағы өлшенген ағашты теңестіріңіз.
- Батареяны көтеріп, арқанды байлап ұстаңыз және оны алға -артқа бұрылатындай босатыңыз.
Қадам 4. Маятникке арналған ғылыми лексиканы анықтаңыз
Көптеген ғылыми әрекеттердегідей, маятникті түсіну мен қолдану оны сипаттайтын сөздерді білсеңіз ғана мүмкін болады.
- Амплитудасы: Маятник жететін ең жоғары нүкте.
- Боб: Маятниктің ұшындағы жүктеменің басқа атауы.
- Тепе -теңдік: маятниктің ортаңғы нүктесі; егер ол қозғалмаса, жүктеме қайда.
- Жиілік: Маятниктің берілген уақытта алға -артқа айналу саны.
- Кезең: Қозғалатын маятниктің бір жерге оралуына қанша уақыт қажет.
3 -ші әдіс 2: Негізгі физиканы оқыту үшін маятникті қолдану
Қадам 1. Маятникалық эксперименттер ғылыми әдісті үйретудің тамаша әдісі екенін ескеріңіз
Ғылыми әдіс ежелгі Грециядан бері ғылыми зерттеулердің негізі болды, ал маятник - өндіруге оңай және тез нәтиже беретін объект. Келесі эксперименттердің кез келгенін жүргізгенде, гипотезаны тұжырымдауға уақыт бөліңіз, сіз қандай айнымалы мәнді тексеріп жатқаныңызды талқылаңыз және нәтижелерді салыстырыңыз.
- Нәтижелердің сәйкестігін қамтамасыз ету үшін әрдайым 5-6 рет эксперимент жасаңыз.
- Есіңізде болсын, бір уақытта тек бір эксперимент жасап көріңіз, әйтпесе маятниктің айналуының өзгеретінін білмейсіз.
Қадам 2. Гравитацияны үйрету үшін арқанның ұшындағы салмақты өзгертіңіз
Ауырлық күшінің әсері туралы білудің қарапайым әдістерінің бірі - маятник арқылы, және сіз нәтижелерге таң қалуыңыз мүмкін. Ауырлық күшінің әсерін көру үшін:
- Маятникті 10 см тартыңыз және босатыңыз.
- Маятник кезеңін анықтау үшін секундомерді қолданыңыз. 5-10 рет қайталаңыз.
- Маятникке ауыр салмақты бобты қосып, тәжірибені қайталаңыз.
- Мерзімі мен жиілігі бірдей болады! Себебі гравитация барлық жүктемелерге бірдей әсер етеді. Мысалы, монета мен кірпіш бірдей жылдамдықпен түседі.
Қадам 3. Амплитудасын зерттеу үшін жүктемені түсіретін жерді өзгертіңіз
Жіпті жоғары тартқанда, сіз маятниктің амплитудасын немесе биіктігін арттырдыңыз. Алайда, бұл маятниктің қолыңызға тез оралуын өзгертеді ме? Жоғарыда көрсетілген тәжірибені қайталаңыз, бірақ бұл жолы маятникті 20 сантиметрге тартыңыз және жүктемені өзгертпеңіз.
- Егер сіз бәрін дұрыс жасасаңыз, маятниктің мерзімі өзгермейді.
- Амплитуданың өзгеруі жиілікті өзгертпейді, бұл факт тригонометрияда, дыбыстық ғылымда және басқа да көптеген салаларда қажет болады.
Қадам 4. Арқанның ұзындығын өзгертіңіз
Жоғарыдағы экспериментті қайталаңыз, бірақ салмақ қосатындығыңызды немесе оны қаншалықты жоғары түсіретіндігіңізді өзгертудің орнына қысқа немесе ұзын арқан қолданыңыз.
Бұл жолы сіз өзгерістерді міндетті түрде байқайсыз. Шын мәнінде, жіптің ұзындығын өзгерту маятниктің периоды мен жиілігін өзгертетін жалғыз нәрсе
Қадам 5. Инерция, энергия беру және үдеу туралы білу үшін маятниктік физика туралы көбірек біліңіз
Жоғары сынып оқушылары немесе физик болғысы келетіндер үшін маятниктер үдеу, үйкеліс пен тригонометрия арасындағы байланысты білудің тамаша әдісі болып табылады. «Маятник теңдеулерін» іздеңіз немесе оларды табу үшін өз тәжірибеңізді жасаңыз. Қарастырылатын кейбір сұрақтар:
- Боб ең төменгі нүктеде қаншалықты жылдам қозғалады? Бобтың әр нүктеде жылдамдығын қалай табуға болады?
- Бобтың маятниктің кез келген нүктесінде қанша кинетикалық энергиясы бар? Көмек ретінде мына теңдеуді қолданыңыз: кинетикалық энергия = 0,5 x Боб массасы x жылдамдық. Жылдамдық2
- Жіптің ұзындығына байланысты маятниктің периодын қалай болжауға болады?
3 -ші әдіс 3: Өлшеу үшін маятникті қолдану
Қадам 1. Уақытты өлшеу үшін арқанның ұзындығын реттеңіз
Арқанды одан әрі артқа тартып, жүктемені өзгерту кезеңді өзгерте алмайды, ал арқанның ұзаруы немесе қысқаруы периодты өзгерте алады. Ескі сағатты осылай жасауға болады - егер сіз маятниктің ұзындығын жақсы өзгертсеңіз, онда сіз екі секундқа созылатын периодты немесе толық серпілісті жасай аласыз. Периодтардың санын есептеңіз және сіз қанша уақыт өткенін білесіз.
- Маятник сағаты беріліс құралына бекітілген, сондықтан маятник тербелген сайын сағаттың екінші қолы қозғалады.
- Маятниктік сағатта бір бағытта тербелетін салмақ «кене» шығарады және кері бұрылып, «соққы» береді.
Қадам 2. Маятникті жақын жердегі дірілді, соның ішінде жер сілкінісін өлшеу үшін қолданыңыз
Сейсмограф, жер сілкінісінің қарқындылығы мен бағытын өлшейтін машина - бұл жер қыртысы қозғалғанда ғана қозғалатын күрделі маятник. Пластиналық тектониканы өлшеу үшін маятникті калибрлеу өте күрделі болса да, сіз кез келген маятникті қалам мен қағаздың көмегімен негізгі сейсмографқа айналдыра аласыз.
- Маятниктің соңындағы салмаққа қалам немесе қарындаш жабыстырыңыз.
- Қағазды маятниктің астына қойыңыз, сонда қалам қағазға тиіп, белгілер жасайды.
- Маятникті ақырын шайқаңыз, бірақ жіпті шайқамаңыз. Маятникті неғұрлым қатты шайқасаңыз, қағаздағы белгілер соғұрлым үлкен болады. Бұл үлкен «жер сілкінісімен» байланысты.
- Сейсмографтың түпнұсқасында айналатын қағаз бар еді, сондықтан сіз жер сілкінісінің күшін уақыт өте келе көре аласыз.
- Маятник Қытайда біздің заманымыздан бұрын 132 жылдан бастап жер сілкінісін өлшеу үшін қолданылған.
Қадам 3. Жердің айналатынын дәлелдеу үшін Фуко маятнигі деп аталатын арнайы маятникті қолданыңыз
Бүгінде адамдар жердің өз осінде айналатынын білсе де, Фуконың маятнигі - бұл тұжырымдаманың ең алғашқы дәлелі. Оны қайталау үшін сізге жел немесе үйкеліс сияқты сыртқы айнымалыларды азайту үшін ұзындығы 4,9 метр және салмағы 11,3 кг асатын үлкен маятник қажет болады.
- Маятникті ұзақ қозғалатындай етіп жылжытыңыз.
- Уақыт өте келе, сіз маятниктің бұрылысты бастаған кезден басқа бағытта бұрылатынын байқайсыз.
- Бұл маятниктің төмендегі жер айналғанда түзу бойымен қозғалуынан болады.
- Солтүстік жарты шарда маятник сағат тілімен, оңтүстік жарты шарда маятник сағат тіліне қарсы қозғалады.
- Тригонометриялық теңдеулер арқылы ендіктерді есептеу үшін Фуко маятнигін қолдануға болады.
Кеңестер
- Бұл экспериментті дәл орындау үшін сізге екі адам қажет болуы мүмкін - бір адам маятникті қолданады, ал екіншісі уақытты қадағалайды.
- Егер сіз маятникті дәлірек жасағыңыз келсе, салмақты қажетті биіктікте ұстау үшін басқа арқанды қолданыңыз. Салмақты «түсіру» үшін арқанның ұшын жағыңыз. Бұл салмақты босатқан кезде кездейсоқ алға немесе бүйірге итеруге жол бермейді.
- Кейбір адамдар маятниктің арнайы төлге күші бар деп санайды.
