Un pèndol consisteix en un pes suspès d’una vareta o corda que gira cap endavant i cap enrere. Els pèndols són habituals en dispositius de cronometratge com metrònoms, rellotges de pèndol, sismòmetres i cremadors d'encens basculants, i es poden utilitzar per il·lustrar problemes físics complexos.
Pas
Mètode 1 de 3: Comprensió del pèndol bàsic
Pas 1. Sabeu que un pèndol és un pes penjat lliurement a l'extrem de la corda
Abans de començar a utilitzar un pèndol, heu de saber què és i com funciona un pèndol. Afortunadament, un pèndol no és res més que un pes penjant que pot oscil·lar cap endavant i cap enrere. La corda es lliga en un punt fix de manera que només es mouen el pes i la corda.
- Mantingueu l'extrem d'un collaret penjoll o una joguina de joio entre els dits i moveu el "pes" a la part inferior. Ja heu fet el vostre primer pèndol!
- Un exemple comú de pèndol és un gran pes oscil·lant en un rellotge de pèndol.
Pas 2. Per utilitzar un pèndol, estireu el pes cap enrere i deixeu-lo anar
Assegureu-vos que manteniu la corda ben estirada i traieu el pes sense empènyer-la. El pes oscil·larà endavant i endarrere, tornant a gairebé la mateixa alçada que quan el vau deixar caure.
- El pèndol oscil·larà per sempre si res no l’alenteix o canvia de direcció.
- De fet, forces externes com la fricció i la resistència de l’aire alentiran el pèndol.
Pas 3. Feu un pèndol senzill amb una corda, una bateria i una cinta mètrica per entendre-ho millor
Si esteu aprenent mitjançant activitats pràctiques o voleu ensenyar als nens com funciona un pèndol, podeu construir ràpidament un pèndol per experimentar:
- Lligueu un extrem de la corda al centre d’una cinta mètrica o pal de fusta.
- Lligueu l’altre extrem a una bateria o a una altra càrrega petita.
- Equilibri la fusta mesurada al respatller de dues cadires iguals de manera que la bateria pengi lliurement entre elles i pugui balancejar-se sense colpejar res.
- Aixequeu la bateria mantenint la corda tensa i deixeu-la anar perquè vagi cap endavant i enrere.
Pas 4. Identifiqueu el vocabulari científic del pèndol
Com passa amb la majoria d’activitats científiques, entendre i utilitzar un pèndol només és possible si coneixeu les paraules que el descriuen.
- Amplitud: El punt més alt que arriba al pèndol.
- Bob: Un altre nom per a la càrrega a la punta del pèndol.
- Equilibri: el punt mitjà del pèndol; on es troba la càrrega si no es mou.
- Freqüència: El nombre de vegades que el pèndol gira endavant i enrere en un temps determinat.
- Període: La quantitat de temps que triga un pèndol en moviment a tornar al mateix lloc.
Mètode 2 de 3: utilitzar un pèndol per ensenyar física bàsica
Pas 1. Tingueu en compte que els experiments de pèndol són una bona manera d’ensenyar el mètode científic
El mètode científic ha estat l’eix vertebrador de la investigació científica des de l’antiga Grècia i el pèndol és un objecte fàcil de fabricar i que produeix resultats ràpidament. Quan feu algun dels experiments següents, preneu-vos el temps per formular una hipòtesi, discutir quina variable esteu provant i comparar els resultats.
- Sempre experimenteu fins a 5-6 vegades per garantir la coherència dels vostres resultats.
- Recordeu provar només un experiment a la vegada; en cas contrari, no sabreu què canvia l’oscil·lació del pèndol.
Pas 2. Canvieu el pes al final de la corda per ensenyar la gravetat
Una de les maneres més senzilles d’aprendre sobre l’efecte de la gravetat és a través d’un pèndol, i potser us sorprendrà els resultats. Per veure l'efecte de la gravetat:
- Estireu el pèndol de 10 cm i deixeu-lo anar.
- Utilitzeu un cronòmetre per cronometrar el període del pèndol. Repetiu 5-10 vegades.
- Afegiu una bobina més pesada al pèndol i repetiu l’experiment.
- El període i la freqüència seran exactament els mateixos. Això passa perquè la gravetat afecta totes les càrregues per igual. Per exemple, una moneda i un maó cauran a la mateixa velocitat.
Pas 3. Canvieu on deixeu caure la càrrega per estudiar l'amplitud
A mesura que estireu la corda més amunt, heu augmentat l’amplitud o l’alçada del pèndol. Tanmateix, canvia això la rapidesa amb què el pèndol torna a la vostra mà? Repetiu l'experiment anterior, però aquesta vegada estireu el pèndol a 20 centímetres de distància i no canvieu la càrrega.
- Si ho heu fet tot correctament, el període del pèndol no canviarà.
- Canviar l’amplitud no canvia la freqüència, fet que serà útil en trigonometria, ciències del so i molts altres camps.
Pas 4. Canvieu la longitud de la corda
Repetiu l'experiment anterior, però en lloc de canviar el pes que afegiu o el pes que el deixeu, utilitzeu una corda més curta o més llarga.
Aquesta vegada definitivament notareu els canvis. De fet, canviar la longitud de la corda és l’únic que canviarà el període i la freqüència del pèndol
Pas 5. Obteniu més informació sobre la física del pèndol per obtenir informació sobre la inèrcia, la transferència d’energia i l’acceleració
Per a estudiants més grans o aspirants a físic, els pèndols són una manera excel·lent d’aprendre la relació entre l’acceleració, la fricció i la trigonometria. Cerqueu "equacions de pèndol" o dissenyeu els vostres propis experiments per trobar-los. Algunes preguntes a tenir en compte:
- Quina velocitat es mou el bob en el punt més baix? Com es troba la velocitat de la bobina en cada punt?
- Quanta energia cinètica té el bob en qualsevol punt del pèndol? Com a ajuda, utilitzeu l’equació: Energia cinètica = 0,5 x Massa de Bob x Velocitat2
- Com es pot predir el període d’un pèndol en funció de la longitud de la corda?
Mètode 3 de 3: utilitzar un pèndol per prendre mesures
Pas 1. Ajusteu la longitud de la corda per mesurar el temps
Tot i estirar la corda cap enrere i canviar la càrrega no es pot canviar el període, allargar o escurçar la corda pot canviar el període. Així es pot fer un rellotge antic: si canvieu perfectament la longitud del pèndol, podeu fer un punt o un gir complet, que dura dos segons. Compteu el nombre de períodes i ja sabeu quant temps ha passat.
- El rellotge de pèndol s’uneix a l’engranatge de manera que cada vegada que el pèndol gira, la maneta de segon del rellotge es mourà.
- En un rellotge de pèndol, un pes que gira en una direcció produeix una "paparra" i gira cap enrere per produir un "cop".
Pas 2. Utilitzeu el pèndol per mesurar les vibracions properes, inclosos els terratrèmols
Un sismògraf, una màquina que mesura la intensitat i la direcció dels terratrèmols, és un pèndol complex que es mou només quan es mou l'escorça terrestre. Tot i que calibrar un pèndol només per mesurar la tectònica de plaques és extremadament complicat, podeu convertir gairebé qualsevol pèndol en un sismògraf bàsic amb només bolígraf i paper.
- Enganxeu un llapis o un llapis al pes que hi ha al final del pèndol.
- Col·loqueu un tros de paper sota el pèndol perquè el bolígraf toqui el paper i faci marques.
- Agiteu suaument el pèndol, però no sacsegeu la corda. Com més agiteu el pèndol, més grans seran les marques del vostre tros de paper. Això s'associa amb un "terratrèmol" més gran.
- El sismògraf original tenia un tros de paper rotatiu per poder veure la força d’un terratrèmol al llarg del temps.
- El pèndol s’utilitza per mesurar terratrèmols des del 132 dC a la Xina.
Pas 3. Utilitzeu un pèndol especial anomenat pèndol de Foucault per demostrar que la terra gira
Tot i que avui la gent sap que la terra gira sobre el seu eix, el pèndol de Foucault és la primera prova d’aquest concepte. Per reproduir-lo necessitareu un pèndol gran, amb una longitud mínima de 4,9 metres i un pes superior a 11,3 kg, per minimitzar variables externes com el vent o el fregament.
- Mou el pèndol de manera que pugui balancejar-se durant molt de temps.
- A mesura que passa el temps, notareu que el pèndol gira en una direcció diferent de quan vau començar el swing.
- Això passa perquè el pèndol es mou en línia recta mentre la terra de sota gira.
- A l’hemisferi nord el pèndol es mourà en sentit horari i a l’hemisferi sud el pèndol es mourà en sentit antihorari.
- Tot i que és complicat, podeu utilitzar el pèndol de Foucault per calcular la latitud mitjançant equacions trigonomètriques.
Consells
- És possible que necessiteu dues persones per dur a terme aquest experiment amb precisió: una persona que utilitza un pèndol i l’altra persona que fa un seguiment del temps.
- Si voleu fer un pèndol més precís, utilitzeu una altra corda per mantenir el pes a l’alçada desitjada. Cremeu l'extrem de la corda per "deixar caure" el pes. Això evitarà empènyer el pes accidentalment cap endavant o cap als costats quan el deixeu anar.
- Algunes persones creuen que el pèndol també té poders divinatoris especials.
