یک پاندول شامل وزنه ای است که از میله یا طنابی معلق است که به جلو و عقب می چرخد. پاندولها در دستگاههای اندازه گیری زمان مانند مترونوم ، ساعتهای پاندولی ، لرزه سنجها و بخورهای چرخان متداول هستند و می توانند برای نشان دادن مشکلات پیچیده فیزیک مورد استفاده قرار گیرند.
گام
روش 1 از 3: درک پاندول اساسی
مرحله 1. بدانید که یک پاندول وزنی است که آزادانه در انتهای سیم آویزان شده است
قبل از شروع استفاده از پاندول ، باید بدانید که پاندول چیست و چگونه کار می کند. خوشبختانه یک پاندول چیزی بیشتر از یک وزنه آویزان نیست که بتواند به جلو و عقب بچرخد. طناب در یک نقطه ثابت بسته می شود به طوری که فقط وزن و طناب حرکت می کند.
- انتهای گردنبند آویز یا اسباب بازی یویو را بین انگشتان خود نگه دارید و "وزن" را در پایین حرکت دهید. شما اولین پاندول خود را ساخته اید!
- یک مثال متداول از یک پاندول ، وزنه ای بزرگ است که بر روی یک ساعت پاندولی می چرخد.
مرحله 2. برای استفاده از پاندول ، وزنه را به عقب بکشید و سپس رها کنید
مطمئن شوید که طناب را محکم نگه داشته اید و وزنه را بدون فشار آوردن برداشته اید. وزن عقب و جلو می رود و تقریباً به همان قد می رسد که آن را انداخته اید.
- اگر هیچ چیز باعث کند شدن مسیر یا تغییر مسیر آن نشود ، آونگ برای همیشه می چرخد.
- در واقع ، نیروهای خارجی مانند اصطکاک و مقاومت هوا سرعت آونگ را کاهش می دهند.
مرحله 3. برای درک بهتر آن ، یک آونگ ساده با یک رشته ، باتری و نوار بسازید
اگر در حال یادگیری از طریق فعالیت های عملی هستید یا می خواهید نحوه کار یک پاندول را به کودکان بیاموزید ، می توانید به سرعت یک پاندول بسازید تا آزمایش کنید:
- یک سر طناب را به مرکز یک نوار چوبی یا میله محکم کنید.
- سر دیگر را به باتری یا بار کوچک دیگر وصل کنید.
- چوب اندازه گیری شده را در پشت دو صندلی مساوی تعادل دهید تا باتری آزادانه بین آنها آویزان شود و بدون ضربه به چیزی بچرخد.
- باتری را بلند کرده ، طناب را محکم نگه دارید و آن را رها کنید تا به عقب و جلو بچرخد.
مرحله 4. واژگان علمی آونگ را مشخص کنید
همانند اکثر فعالیت های علمی ، درک و استفاده از پاندول تنها در صورتی امکان پذیر است که کلمات توصیف کننده آن را بدانید.
- دامنه: بالاترین نقطه ای که پاندول به آن می رسد.
- باب: نام دیگر بار روی نوک پاندول.
- تعادل: نقطه وسط آونگ ؛ اگر بار در حال حرکت نباشد ، کجاست.
- فرکانس: تعداد دفعاتی که آونگ در یک زمان معین به جلو و عقب می چرخد.
- عادت زنانه: مدت زمان لازم برای بازگشت یک پاندول متحرک به همان مکان.
روش 2 از 3: استفاده از پاندول برای آموزش فیزیک پایه
مرحله 1. توجه داشته باشید که آزمایشات آونگ یک راه عالی برای آموزش روش علمی است
روش علمی از یونان باستان ستون فقرات تحقیقات علمی بوده است و پاندول جسمی است که ساخت آن آسان است و به سرعت نتیجه می دهد. هنگام انجام هر یک از آزمایش های زیر ، برای تدوین فرضیه وقت بگذارید ، بحث کنید که کدام متغیر را آزمایش می کنید و نتایج را مقایسه کنید.
- همیشه 5-6 بار آزمایش کنید تا از ثبات نتایج خود اطمینان حاصل کنید.
- به یاد داشته باشید که فقط یک آزمایش را در یک زمان امتحان کنید- در غیر این صورت نمی دانید چه چیزی نوسان پاندول را تغییر می دهد.
مرحله 2. وزن را در انتهای طناب تغییر دهید تا گرانش را آموزش دهید
یکی از ساده ترین راه ها برای آگاهی از تأثیر گرانش استفاده از یک پاندول است ، و ممکن است از نتایج آن شگفت زده شوید. برای مشاهده تأثیر گرانش:
- پاندول را 10 سانتی متر بکشید و رها کنید.
- از کرونومتر برای تعیین زمان آونگ استفاده کنید. 5-10 بار تکرار کنید.
- یک باب سنگین تر به پاندول اضافه کنید و آزمایش را تکرار کنید.
- دوره و فرکانس دقیقاً یکسان خواهد بود! این به این دلیل است که گرانش بر همه بارها به طور یکسان تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، یک سکه و یک آجر با یک سرعت سقوط می کنند.
مرحله 3. برای مطالعه دامنه ، محل بارگذاری را تغییر دهید
همانطور که رشته را بالاتر می کشید ، دامنه یا ارتفاع پاندول را افزایش داده اید. با این حال ، آیا این امر سرعت بازگشت آونگ را به دست شما تغییر می دهد؟ آزمایش فوق را تکرار کنید ، اما این بار پاندول را 20 سانتیمتر دور کنید و بار را تغییر ندهید.
- اگر همه چیز را به درستی انجام داده اید ، دوره پاندول تغییر نمی کند.
- تغییر دامنه فرکانس را تغییر نمی دهد ، واقعیتی که در مثلثات ، علم صدا و بسیاری از زمینه های دیگر مفید خواهد بود.
مرحله 4. طول طناب را تغییر دهید
آزمایش بالا را تکرار کنید ، اما به جای تغییر میزان اضافه وزن یا میزان کاهش آن ، از یک طناب کوتاه یا بلند استفاده کنید.
این بار قطعاً متوجه تغییرات خواهید شد. در واقع ، تغییر طول رشته تنها چیزی است که دوره و فرکانس پاندول را تغییر می دهد
مرحله 5. درباره فیزیک پاندول بیشتر بیاموزید تا در مورد اینرسی ، انتقال انرژی و شتاب بیاموزید
برای بیشتر دانش آموزان ارشد یا فیزیکدانان مشتاق ، پاندول ها راهی عالی برای یادگیری رابطه بین شتاب ، اصطکاک و مثلثات هستند. "معادلات پاندول" را جستجو کنید یا آزمایشات خود را برای پیدا کردن آنها طراحی کنید. چند س toال که باید در نظر گرفته شود:
- باب در پایین ترین نقطه خود چقدر سریع حرکت می کند؟ چگونه می توانید سرعت باب را در هر نقطه پیدا کنید؟
- باب در هر نقطه از پاندول چقدر انرژی جنبشی دارد؟ به عنوان کمک ، از معادله استفاده کنید: انرژی جنبشی = 0.5 x جرم Bob x سرعت2
- چگونه می توانید دوره آونگ را بر اساس طول رشته پیش بینی کنید؟
روش 3 از 3: استفاده از پاندول برای اندازه گیری
مرحله 1. طول طناب را برای اندازه گیری زمان تنظیم کنید
در حالی که عقب کشیدن طناب بیشتر و تغییر بار نمی تواند دوره را تغییر دهد ، طولانی یا کوتاه شدن طناب می تواند دوره را تغییر دهد. نحوه ساخت یک ساعت قدیمی این است - اگر طول پاندول را به طور کامل تغییر دهید ، می توانید یک دوره یا نوسان کامل ایجاد کنید ، که دو ثانیه طول می کشد. تعداد دوره ها را بشمارید و می دانید که چقدر زمان گذشته است.
- ساعت آونگ به چرخ دنده متصل است به طوری که هر بار که پاندول تاب می خورد ، عقربه دوم ساعت حرکت می کند.
- در یک ساعت آونگ ، وزنی که در یک جهت می چرخد "تیک" تولید می کند و برای تولید "ضربه" به عقب برمی گردد.
مرحله 2. از پاندول خود برای اندازه گیری ارتعاشات مجاور ، از جمله زلزله استفاده کنید
لرزه نگار ، ماشینی که شدت و جهت زمین لرزه ها را اندازه گیری می کند ، یک پاندول پیچیده است که تنها زمانی حرکت می کند که پوسته زمین حرکت می کند. در حالی که کالیبراسیون یک پاندول فقط برای اندازه گیری تکتونیک صفحه بسیار پیچیده است ، شما می توانید تقریباً هر پاندول را فقط با قلم و کاغذ به لرزه نگار اساسی تبدیل کنید.
- قلم یا مداد را به وزن انتهای پاندول بچسبانید.
- یک تکه کاغذ را در زیر آونگ قرار دهید تا قلم به کاغذ برسد و علامت گذاری کند.
- آونگ را به آرامی تکان دهید ، اما نخ را تکان ندهید. هرچه آونگ را بیشتر تکان دهید ، علائم روی کاغذ شما بیشتر می شود. این با "زلزله" بزرگتری همراه است.
- لرزه نگار اصلی دارای یک کاغذ چرخشی بود تا بتوانید قدرت زلزله را در طول زمان مشاهده کنید.
- از سال 132 بعد از میلاد در چین از پاندول برای اندازه گیری زلزله استفاده می شود.
مرحله 3. برای اثبات چرخش زمین از یک پاندول مخصوص به نام آونگ فوکو استفاده کنید
اگرچه امروزه مردم می دانند که زمین بر محور خود می چرخد ، اما آونگ فوکو اولین شواهد این مفهوم است. برای تکرار آن به یک آونگ بزرگ ، با حداقل طول 4.9 متر و وزن بیش از 11.3 کیلوگرم نیاز دارید تا متغیرهای خارجی مانند باد یا اصطکاک را به حداقل برسانید.
- پاندول را به گونه ای حرکت دهید که بتواند برای مدت طولانی تاب بخورد.
- با گذشت زمان ، متوجه خواهید شد که پاندول در جهت متفاوتی نسبت به زمانی که نوسان را شروع کرده اید حرکت می کند.
- این امر به این دلیل اتفاق می افتد که آونگ در یک خط مستقیم حرکت می کند در حالی که زمین زیر می چرخد.
- در نیمکره شمالی پاندول در جهت عقربه های ساعت و در نیمکره جنوبی پاندول خلاف جهت عقربه های ساعت حرکت می کند.
- اگرچه پیچیده است ، اما می توانید از پاندول فوکو برای محاسبه عرض جغرافیایی با استفاده از معادلات مثلثاتی استفاده کنید.
نکات
- ممکن است برای انجام دقیق این آزمایش به دو نفر نیاز داشته باشید - یکی از افراد از پاندول استفاده می کند و دیگری از زمان استفاده می کند.
- اگر می خواهید پاندول دقیق تری بسازید ، از طناب دیگری برای نگه داشتن وزن در ارتفاع دلخواه استفاده کنید. انتهای طناب را بسوزانید تا وزن "کاهش یابد". این کار باعث می شود که هنگام رهاسازی وزنه ، وزنه را به طور تصادفی به جلو یا پهلو هل ندهید.
- برخی معتقدند که پاندول دارای قدرت پیشگویی خاصی نیز می باشد.
