Ένα εκκρεμές αποτελείται από ένα βάρος που κρέμεται από μια ράβδο ή σχοινί που ταλαντεύεται μπρος -πίσω. Τα εκκρεμές είναι κοινά σε συσκευές χρονομέτρησης όπως μετρονόμοι, ρολόγια εκκρεμούς, σεισμόμετρα και λιβανιστήρια και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να απεικονίσουν σύνθετα προβλήματα φυσικής.
Βήμα
Μέθοδος 1 από 3: Κατανόηση του Βασικού Εκκρεμούς
Βήμα 1. Γνωρίστε ότι ένα εκκρεμές είναι ένα βάρος που κρέμεται ελεύθερα στο τέλος της χορδής
Πριν αρχίσετε να χρησιμοποιείτε ένα εκκρεμές, πρέπει να γνωρίζετε τι είναι το εκκρεμές και πώς λειτουργεί. Ευτυχώς, ένα εκκρεμές δεν είναι παρά ένα κρεμαστό βάρος που μπορεί να ταλαντεύεται μπρος -πίσω. Το σχοινί είναι δεμένο σε ένα σταθερό σημείο έτσι ώστε να κινείται μόνο το βάρος και το σχοινί.
- Κρατήστε το άκρο ενός κρεμαστού κολιέ ή παιχνιδιού yo-yo ανάμεσα στα δάχτυλά σας και μετακινήστε το "βάρος" στο κάτω μέρος. Φτιάξατε το πρώτο σας εκκρεμές!
- Ένα κοινό παράδειγμα ενός εκκρεμούς είναι ένα μεγάλο βάρος που κινείται σε ένα ρολόι εκκρεμούς.
Βήμα 2. Για να χρησιμοποιήσετε ένα εκκρεμές, τραβήξτε το βάρος προς τα πίσω και μετά αφήστε το
Βεβαιωθείτε ότι έχετε κρατήσει το σχοινί σφιχτό και αφαιρέστε το βάρος χωρίς να το πιέσετε. Το βάρος θα μετακινείται μπρος -πίσω, επιστρέφοντας στο ίδιο σχεδόν ύψος με αυτό όταν το ρίξατε.
- Το εκκρεμές θα περιστρέφεται για πάντα εάν τίποτα δεν το επιβραδύνει ή αλλάζει κατεύθυνση.
- Στην πραγματικότητα, εξωτερικές δυνάμεις όπως η τριβή και η αντίσταση του αέρα θα επιβραδύνουν το εκκρεμές.
Βήμα 3. Φτιάξτε ένα απλό εκκρεμές με χορδή, μπαταρία και ταινία για να το κατανοήσετε καλύτερα
Εάν μαθαίνετε μέσω πρακτικών δραστηριοτήτων ή θέλετε να μάθετε στα παιδιά πώς λειτουργεί ένα εκκρεμές, μπορείτε γρήγορα να φτιάξετε ένα εκκρεμές για να πειραματιστείτε:
- Δέστε τη μία άκρη του σχοινιού στο κέντρο μιας ξύλινης μεζούρας ή στύλου.
- Συνδέστε το άλλο άκρο σε μια μπαταρία ή άλλο μικρό φορτίο.
- Ισορροπήστε το μετρημένο ξύλο στις πλάτες δύο ίσων καρεκλών, έτσι ώστε η μπαταρία να κρέμεται ελεύθερα μεταξύ τους και να μπορεί να κουνιέται χωρίς να χτυπήσει τίποτα.
- Σηκώστε την μπαταρία, κρατώντας το σχοινί τεντωμένο και αφήστε το έτσι ώστε να κινείται μπρος -πίσω.
Βήμα 4. Προσδιορίστε το επιστημονικό λεξιλόγιο για το εκκρεμές
Όπως συμβαίνει με τις περισσότερες επιστημονικές δραστηριότητες, η κατανόηση και η χρήση ενός εκκρεμούς είναι δυνατή μόνο εάν γνωρίζετε τις λέξεις που το περιγράφουν.
- Εύρος: Το υψηλότερο σημείο που φτάνει το εκκρεμές.
- Βαρίδι: Ένα άλλο όνομα για το φορτίο στην άκρη του εκκρεμούς.
- Ισορροπία: το μεσαίο σημείο του εκκρεμούς. όπου είναι το φορτίο αν δεν κινείται.
- Συχνότητα: Ο αριθμός των φορών που το εκκρεμές περιστρέφεται μπρος -πίσω σε δεδομένο χρόνο.
- Περίοδος: Το χρονικό διάστημα που χρειάζεται ένα κινούμενο εκκρεμές για να επιστρέψει στο ίδιο μέρος.
Μέθοδος 2 από 3: Χρήση εκκρεμούς για τη διδασκαλία της βασικής φυσικής
Βήμα 1. Σημειώστε ότι τα πειράματα με εκκρεμές είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να διδάξετε την επιστημονική μέθοδο
Η επιστημονική μέθοδος ήταν η ραχοκοκαλιά της επιστημονικής έρευνας από την αρχαία Ελλάδα και το εκκρεμές είναι ένα αντικείμενο που κατασκευάζεται εύκολα και παράγει γρήγορα αποτελέσματα. Όταν πραγματοποιείτε οποιοδήποτε από τα παρακάτω πειράματα, αφιερώστε χρόνο για να διατυπώσετε μια υπόθεση, συζητήστε ποια μεταβλητή δοκιμάζετε και συγκρίνετε τα αποτελέσματα.
- Πάντα να πειραματίζεστε έως και 5-6 φορές για να διασφαλίσετε τη συνέπεια των αποτελεσμάτων σας.
- Θυμηθείτε να δοκιμάσετε μόνο ένα πείραμα κάθε φορά- διαφορετικά δεν θα ξέρετε τι αλλάζει την ταλάντευση του εκκρεμούς.
Βήμα 2. Αλλάξτε το βάρος στο τέλος του σχοινιού για να διδάξετε τη βαρύτητα
Ένας από τους απλούστερους τρόπους για να μάθετε για την επίδραση της βαρύτητας είναι μέσω ενός εκκρεμούς και μπορεί να εκπλαγείτε από τα αποτελέσματα. Για να δείτε την επίδραση της βαρύτητας:
- Τραβήξτε το εκκρεμές 10 εκατοστά και αφήστε το.
- Χρησιμοποιήστε ένα χρονόμετρο για να χρονομετρήσετε την περίοδο του εκκρεμούς. Επαναλάβετε 5-10 φορές.
- Προσθέστε ένα βαρύτερο bob στο εκκρεμές και επαναλάβετε το πείραμα.
- Η περίοδος και η συχνότητα θα είναι ακριβώς οι ίδιες! Αυτό συμβαίνει επειδή η βαρύτητα επηρεάζει όλα τα φορτία εξίσου. Για παράδειγμα, ένα νόμισμα και ένα τούβλο θα πέσουν με την ίδια ταχύτητα.
Βήμα 3. Αλλάξτε το σημείο όπου ρίχνετε το φορτίο για να μελετήσετε το πλάτος
Καθώς τραβάτε τη χορδή πιο ψηλά, έχετε αυξήσει το πλάτος ή το ύψος του εκκρεμούς. Ωστόσο, αυτό αλλάζει πόσο γρήγορα το εκκρεμές επιστρέφει στο χέρι σας; Επαναλάβετε το παραπάνω πείραμα, αλλά αυτή τη φορά τραβήξτε το εκκρεμές 20 εκατοστά μακριά και μην αλλάξετε το φορτίο.
- Εάν κάνατε τα πάντα σωστά, η περίοδος του εκκρεμούς δεν θα αλλάξει.
- Η αλλαγή του πλάτους δεν αλλάζει τη συχνότητα, γεγονός που θα είναι χρήσιμο στην τριγωνομετρία, την επιστήμη του ήχου και πολλούς άλλους τομείς.
Βήμα 4. Αλλάξτε το μήκος του σχοινιού
Επαναλάβετε το παραπάνω πείραμα, αλλά αντί να αλλάξετε πόσο βάρος προσθέτετε ή πόσο ψηλά το ρίχνετε, χρησιμοποιήστε ένα πιο κοντό ή μεγαλύτερο σχοινί.
Αυτή τη φορά σίγουρα θα παρατηρήσετε τις αλλαγές. Στην πραγματικότητα, η αλλαγή του μήκους της συμβολοσειράς είναι το μόνο πράγμα που θα αλλάξει την περίοδο και τη συχνότητα του εκκρεμούς
Βήμα 5. Μάθετε περισσότερα για τη φυσική του εκκρεμούς για να μάθετε για την αδράνεια, τη μεταφορά ενέργειας και την επιτάχυνση
Για πιο ανώτερους μαθητές ή επίδοξους φυσικούς, τα εκκρεμή είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να μάθουν τη σχέση μεταξύ επιτάχυνσης, τριβής και τριγωνομετρίας. Αναζητήστε «εξισώσεις εκκρεμούς» ή σχεδιάστε τα δικά σας πειράματα για να τα βρείτε. Μερικές ερωτήσεις που πρέπει να λάβετε υπόψη:
- Πόσο γρήγορα κινείται το bob στο χαμηλότερο σημείο του; Πώς βρίσκετε την ταχύτητα του bob σε κάθε σημείο;
- Πόση κινητική ενέργεια έχει το bob σε οποιοδήποτε σημείο του εκκρεμούς; Ως βοήθημα, χρησιμοποιήστε την εξίσωση: Κινητική Ενέργεια = 0,5 x Μάζα Bob x Ταχύτητα2
- Πώς μπορείτε να προβλέψετε την περίοδο ενός εκκρεμούς με βάση το μήκος της συμβολοσειράς;
Μέθοδος 3 από 3: Χρήση εκκρεμούς για λήψη μετρήσεων
Βήμα 1. Ρυθμίστε το μήκος του σχοινιού για να μετρήσετε τον χρόνο
Ενώ το τράβηγμα του σχοινιού προς τα πίσω και η αλλαγή του φορτίου δεν μπορεί να αλλάξει την περίοδο, η επιμήκυνση ή η συντόμευση του σχοινιού μπορεί να αλλάξει την περίοδο. Αυτός είναι ο τρόπος για να φτιάξετε ένα παλιό ρολόι - αν αλλάξετε τέλεια το μήκος του εκκρεμούς τότε μπορείτε να κάνετε μια περίοδο ή πλήρη κούνια, η οποία διαρκεί δύο δευτερόλεπτα. Μετρήστε τον αριθμό των περιόδων και ξέρετε πόση ώρα έχει περάσει.
- Το ρολόι του εκκρεμούς είναι προσαρτημένο στο γρανάζι, έτσι ώστε κάθε φορά που το εκκρεμές κουνιέται, το δεύτερο χέρι του ρολογιού θα κινείται.
- Σε ένα ρολόι εκκρεμές, ένα βάρος που κινείται προς μία κατεύθυνση παράγει ένα "τσιμπούρι" και γυρίζει πίσω για να παράγει ένα "χτύπημα".
Βήμα 2. Χρησιμοποιήστε το εκκρεμές σας για να μετρήσετε τους κοντινούς κραδασμούς, συμπεριλαμβανομένων των σεισμών
Ένας σεισμογράφος, ένα μηχάνημα που μετρά την ένταση και την κατεύθυνση των σεισμών, είναι ένα πολύπλοκο εκκρεμές που κινείται μόνο όταν κινείται ο φλοιός της Γης. Ενώ η βαθμονόμηση ενός εκκρεμούς μόνο για τη μέτρηση της τεκτονικής πλάκας είναι εξαιρετικά περίπλοκη, μπορείτε να μετατρέψετε σχεδόν οποιοδήποτε εκκρεμές σε βασικό σεισμογράφο με μόνο στυλό και χαρτί.
- Κολλήστε ένα στυλό ή μολύβι στο βάρος στο τέλος του εκκρεμούς.
- Τοποθετήστε ένα κομμάτι χαρτί κάτω από το εκκρεμές, έτσι ώστε το στυλό να αγγίζει το χαρτί και να κάνει σημάδια.
- Κουνήστε απαλά το εκκρεμές, αλλά μην κουνάτε το κορδόνι. Όσο πιο δυνατά κουνάτε το εκκρεμές, τόσο μεγαλύτερα είναι τα σημάδια στο κομμάτι χαρτί σας. Αυτό συνδέεται με έναν μεγαλύτερο «σεισμό».
- Ο αρχικός σεισμογράφος είχε ένα περιστρεφόμενο κομμάτι χαρτί, ώστε να μπορείτε να δείτε τη δύναμη ενός σεισμού με την πάροδο του χρόνου.
- Το εκκρεμές χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των σεισμών από το 132 μ. Χ. στην Κίνα.
Βήμα 3. Χρησιμοποιήστε ένα ειδικό εκκρεμές που ονομάζεται Εκκρεμές του Φουκώ για να αποδείξετε ότι η γη περιστρέφεται
Αν και σήμερα οι άνθρωποι γνωρίζουν ότι η γη περιστρέφεται στον άξονά της, το Εκκρεμές του Φουκώ είναι η πρώτη ένδειξη αυτής της έννοιας. Για να το επαναλάβετε θα χρειαστείτε ένα μεγάλο εκκρεμές, με ελάχιστο μήκος 4,9 μέτρα και βάρος άνω των 11,3 κιλών, για να ελαχιστοποιήσετε τις εξωτερικές μεταβλητές όπως ο άνεμος ή η τριβή.
- Μετακινήστε το εκκρεμές με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να ταλαντεύεται για μεγάλο χρονικό διάστημα.
- Όσο περνάει ο καιρός, θα παρατηρήσετε ότι το εκκρεμές κινείται σε διαφορετική κατεύθυνση από όταν ξεκινήσατε την κούνια.
- Αυτό συμβαίνει επειδή το εκκρεμές κινείται σε ευθεία γραμμή ενώ η κάτω γη περιστρέφεται.
- Στο βόρειο ημισφαίριο το εκκρεμές θα κινηθεί δεξιόστροφα και στο νότιο ημισφαίριο το εκκρεμές θα κινηθεί αριστερόστροφα.
- Αν και είναι περίπλοκο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Εκκρεμές του Φουκώ για να υπολογίσετε το γεωγραφικό πλάτος χρησιμοποιώντας τριγωνομετρικές εξισώσεις.
Συμβουλές
- Μπορεί να χρειαστείτε δύο άτομα για να εκτελέσετε αυτό το πείραμα με ακρίβεια - το ένα άτομο χρησιμοποιεί ένα εκκρεμές και το άλλο άτομο παρακολουθεί το χρόνο.
- Εάν θέλετε να κάνετε ένα πιο ακριβές εκκρεμές, χρησιμοποιήστε άλλο σχοινί για να κρατήσετε το βάρος στο επιθυμητό ύψος. Κάψτε το άκρο του σχοινιού για να "ρίξετε" το βάρος. Αυτό θα σας αποτρέψει από το να σπρώξετε κατά λάθος το βάρος προς τα εμπρός ή πλάγια όταν το αφήσετε.
- Μερικοί άνθρωποι πιστεύουν ότι το εκκρεμές έχει επίσης ειδικές μαντικές δυνάμεις.
