מטוטלת מורכבת ממשקל תלוי על מוט או חבל המתנדנד קדימה ואחורה. מטוטלים נפוצים במכשירי זמן כמו מטרונומים, שעוני מטוטלת, סיסמומטרים ומבערי קטורת נדנדה, וניתן להשתמש בהם להמחשת בעיות פיזיקליות מורכבות.
שלב
שיטה 1 מתוך 3: הבנת המטוטלת הבסיסית
שלב 1. דע כי מטוטלת היא משקל התלוי בחופשיות בקצה המיתר
לפני שתתחיל להשתמש במטוטלת, עליך לדעת מהי מטוטלת וכיצד היא פועלת. למרבה המזל, מטוטלת היא לא יותר ממשקל תלוי שיכול להתנדנד קדימה ואחורה. החבל נקשר בנקודה קבועה כך שרק המשקל והחבל נעים.
- החזק בין קצה שרשרת תליון או צעצוע יו-יו בין אצבעותיך והעבר את "המשקל" בתחתית. עשית את המטוטלת הראשונה שלך!
- דוגמה נפוצה למטוטלת היא משקל ניפוח גדול על שעון מטוטלת.
שלב 2. כדי להשתמש במטוטלת, משוך את המשקל לאחור ואז שחרר אותו
הקפד לשמור על החבל חזק והסר את המשקל מבלי לדחוף אותו. המשקל יתנדנד הלוך ושוב, וחוזר לגובה כמעט כמו כשהורדת אותו.
- המטוטלת תתנדנד לנצח אם שום דבר לא יאט אותה או ישנה את כיוונה.
- למעשה, כוחות חיצוניים כגון חיכוך והתנגדות אוויר יאטו את המטוטלת.
שלב 3. הכינו מטוטלת פשוטה עם חוט, סוללה וקלטת מדידה כדי להבין אותה טוב יותר
אם אתה לומד באמצעות פעילויות מעשיות או רוצה ללמד ילדים כיצד מטוטלת פועלת, תוכל לבנות מטוטלת במהירות להתנסות בה:
- קושרים קצה אחד של החבל למרכז סרט מדידה או מוט.
- קשרו את הקצה השני לסוללה או לעומס קטן אחר.
- איזנו את העץ הממד על גבם של שני כסאות שווים כך שהסוללה תלויה ביניהם בחופשיות ותוכל להתנדנד מבלי לפגוע בשום דבר.
- הרם את הסוללה, שמור על החבל מתוח ושחרר אותו כך שהוא יתנדנד קדימה ואחורה.
שלב 4. זהה את אוצר המילים המדעי של המטוטלת
כמו ברוב הפעילויות המדעיות, הבנה ושימוש במטוטלת אפשרית רק אם אתה מכיר את המילים המתארות אותה.
- אמפליטודה: הנקודה הגבוהה ביותר אליה המטוטלת מגיעה.
- בוב: שם נוסף לעומס על קצה המטוטלת.
- שִׁוּוּי מִשׁקָל: נקודת האמצע של המטוטלת; היכן העומס נמצא אם הוא אינו זז.
- תדירות: מספר הפעמים שהמטוטלת מתנדנדת קדימה ואחורה בזמן נתון.
- פרק זמן: פרק הזמן שלוקח למטוטלת נעה לחזור לאותו מקום.
שיטה 2 מתוך 3: שימוש במטוטלת ללמד פיזיקה בסיסית
שלב 1. שים לב שניסויי מטוטלת הם דרך מצוינת ללמד את השיטה המדעית
השיטה המדעית הייתה עמוד השדרה של המחקר המדעי מאז יוון העתיקה, והמטוטלת היא אובייקט שקל לייצר ומניב תוצאות במהירות. בעת ביצוע כל אחד מהניסויים הבאים, קח את הזמן לגיבוש השערה, דון באיזה משתנה אתה בודק והשווה את התוצאות.
- נסה תמיד עד 5-6 פעמים כדי להבטיח עקביות של התוצאות שלך.
- זכור לנסות רק ניסוי אחד בכל פעם- אחרת לא תדע מה משנה את תנופת המטוטלת.
שלב 2. שנה את המשקל בקצה החבל כדי ללמד את כוח הכבידה
אחת הדרכים הפשוטות ביותר ללמוד על השפעת הכבידה היא באמצעות מטוטלת, וייתכן שתופתעו מהתוצאות. כדי לראות את השפעת הכבידה:
- משוך את המטוטלת 10 ס"מ ושחרר אותה.
- השתמש בשעון עצר כדי לתזמן את תקופת המטוטלת. חזור על הפעולה 5-10 פעמים.
- הוסף בוב כבד יותר למטוטלת וחזור על הניסוי.
- התקופה והתדירות יהיו בדיוק אותו הדבר! הסיבה לכך היא שכוח המשיכה משפיע על כל העומסים באופן שווה. לדוגמה, מטבע ולבן יפלו באותה מהירות.
שלב 3. שנה את המקום שבו אתה מוריד את העומס כדי ללמוד את המשרעת
ככל שאתה מושך את החוט גבוה יותר, הגברת את משרעת או גובה המטוטלת. עם זאת, האם זה משנה כמה מהר המטוטלת חוזרת לידך? חזור על הניסוי לעיל, אך הפעם משוך את המטוטלת במרחק של 20 סנטימטרים משם ואל תשנה את העומס.
- אם עשית הכל נכון, תקופת המטוטלת לא תשתנה.
- שינוי המשרעת אינו משנה את התדר, עובדה שתועיל בטריגונומטריה, מדעי הקול ותחומים רבים אחרים.
שלב 4. שנה את אורך החבל
חזור על הניסוי למעלה, אך במקום לשנות כמה משקל אתה מוסיף או כמה גבוה אתה מוריד אותו, השתמש בחבל קצר או ארוך יותר.
הפעם בהחלט תבחינו בשינויים. למעשה, שינוי אורך המחרוזת הוא הדבר היחיד שישנה את התקופה והתדירות של המטוטלת
שלב 5. למד עוד על פיזיקת המטוטלת כדי ללמוד על אינרציה, העברת אנרגיה ותאוצה
עבור סטודנטים בכירים יותר או פיסיקאים שאפתניים, מטוטלות הן דרך מצוינת ללמוד את הקשר בין האצה, חיכוך וטריגונומטריה. חפש "משוואות מטוטלות", או תכנן ניסויים משלך בכדי למצוא אותן. כמה שאלות שכדאי לקחת בחשבון:
- כמה מהר בוב נע בנקודה הנמוכה ביותר שלו? איך אתה מוצא את מהירות הבוב בכל נקודה?
- כמה אנרגיה קינטית יש לבוב בכל נקודה במטוטלת? כעזר, השתמש במשוואה: אנרגיה קינטית = 0.5 x מסה של בוב x מהירות2
- כיצד ניתן לחזות את תקופת המטוטלת על בסיס אורך המחרוזת?
שיטה 3 מתוך 3: שימוש במטוטל לביצוע מדידות
שלב 1. התאם את אורך החבל כדי למדוד את הזמן
בעוד משיכת החבל לאחור יותר ושינוי העומס לא יכולה לשנות את התקופה, הארכה או קיצור החבל יכולה לשנות את התקופה. כך יוצרים שעון ישן - אם משנים את אורך המטוטלת בצורה מושלמת אז אפשר לבצע נקודה או התנדנדות מלאה, שלוקחת שתי שניות. ספר את מספר התקופות ואתה יודע כמה זמן עבר.
- שעון המטוטלת מחובר להילוך כך שבכל פעם שהמטוטלת מתנדנדת היד השנייה על השעון תנוע.
- בשעון מטוטלת, משקל המתנדנד בכיוון אחד מייצר "קרציה" ומתנדנד לאחור כדי לייצר "נקישה".
שלב 2. השתמש במטוטלת שלך למדוד תנודות בקרבת מקום, כולל רעידות אדמה
סייסמוגרף, מכונה המודדת את עוצמת וכיוון רעידות האדמה, היא מטוטלת מורכבת הנעת רק כאשר קרום כדור הארץ נע. אמנם כיול מטוטלת רק לצורך מדידת טקטוניקה של צלחות הוא מסובך ביותר, אך ניתן להפוך כמעט כל מטוטלת לסיסמוגרף בסיסי בעזרת עט ונייר.
- הדביקו עט או עיפרון למשקל בקצה המטוטלת.
- מניחים פיסת נייר מתחת למטוטלת כך שהעט יגע בנייר ויעשה סימנים.
- נדנדו בעדינות את המטוטלת, אך אל תנערו את החוט. ככל שתנענעו יותר את המטוטלת, הסימנים על פיסת הנייר שלכם יהיו גדולים יותר. זה קשור ל"רעידת אדמה "גדולה יותר.
- בסיסמוגרף המקורי היה פיסת נייר מסתובבת כך שתוכל לראות את עוצמתה של רעידת אדמה לאורך זמן.
- המטוטלת שימשה למדידת רעידות אדמה מאז 132 לספירה בסין.
שלב 3. השתמש במטוטלת מיוחדת בשם מטוטלת פוקו כדי להוכיח שכדור הארץ מסתובב
למרות שהיום אנשים יודעים שכדור הארץ מסתובב על צירו, מטוטלת פוקו היא העדות המוקדמת ביותר למושג זה. כדי לשכפל אותו תצטרך מטוטלת גדולה, באורך מינימלי של 4.9 מטר ומשקל של מעל 11.3 ק ג, כדי למזער משתנים חיצוניים כגון רוח או חיכוך.
- הזז את המטוטלת כך שתוכל להתנדנד לאורך זמן.
- ככל שהזמן עובר, תבחין כי המטוטלת מתנדנדת לכיוון אחר משהתחלת בתנופה.
- זה קורה מכיוון שהמטוטלת נעה בקו ישר בעוד כדור הארץ שמתחת מסתובב.
- בחצי הכדור הצפוני המטוטלת תנוע בכיוון השעון ובחצי הכדור הדרומי המטוטלת תנוע נגד כיוון השעון.
- למרות שזה מסובך, אתה יכול להשתמש במטוטלת פוקו לחישוב קו הרוחב באמצעות משוואות טריגונומטריות.
טיפים
- ייתכן שתזדקק לשני אנשים כדי לבצע את הניסוי במדויק - אדם אחד משתמש במטוטלת והאדם השני עוקב אחר הזמן.
- אם אתה רוצה ליצור מטוטלת מדויקת יותר, השתמש בחבל אחר כדי להחזיק את המשקל בגובה הרצוי. צרבו את קצה החבל כדי "להוריד" את המשקל. זה ימנע ממך לדחוף בטעות את המשקל קדימה או הצידה כאשר אתה משחרר אותו.
- יש אנשים הסבורים שלמטוטלת יש גם כוחות התפלגות מיוחדים.
