Svārsts sastāv no svara, kas piekarināts pie stieņa vai virves, kas šūpojas uz priekšu un atpakaļ. Svārsti ir bieži sastopami tādās laika skaitīšanas ierīcēs kā metronomi, svārsta pulksteņi, seismometri un šūpoles vīraka degļi, un tos var izmantot, lai ilustrētu sarežģītas fizikas problēmas.
Solis
1. metode no 3: Pamata svārsta izpratne
Solis 1. Ziniet, ka svārsts ir svars, kas brīvi karājas auklas galā
Pirms sākat lietot svārstu, jums jāzina, kas ir svārsts un kā tas darbojas. Par laimi, svārsts ir nekas cits kā pakarināms svars, kas var šūpoties uz priekšu un atpakaļ. Virve ir piesieta noteiktā vietā tā, lai kustētos tikai svars un virve.
- Turiet kulonu kaklarotas galu vai jojo rotaļlietu starp pirkstiem un pārvietojiet "svaru" apakšā. Jūs izveidojāt savu pirmo svārstu!
- Parasts svārsta piemērs ir liels svārsta svars uz svārsta pulksteņa.
2. solis. Lai izmantotu svārstu, pavelciet svaru atpakaļ un pēc tam atlaidiet
Pārliecinieties, ka virve ir cieši pievilkta, un noņemiet svaru, to nespiežot. Svars svārstīsies uz priekšu un atpakaļ, atgriežoties gandrīz tādā pašā augstumā, kādā to nometāt.
- Svārsts šūposies mūžīgi, ja nekas to nebremzēs vai nemainīs virzienu.
- Faktiski ārējie spēki, piemēram, berze un gaisa pretestība, palēninās svārsta darbību.
3. solis. Izveidojiet vienkāršu svārstu ar auklu, akumulatoru un mērlenti, lai to labāk izprastu
Ja jūs mācāties ar praktiskām aktivitātēm vai vēlaties iemācīt bērniem, kā darbojas svārsts, varat ātri izveidot svārstu, lai eksperimentētu ar:
- Piesieniet vienu virves galu pie koka mērlentes vai staba centra.
- Piesieniet otru galu pie akumulatora vai citas nelielas kravas.
- Izlīdziniet izmērīto koksni uz divu vienādu krēslu atzveltnēm tā, lai akumulators brīvi karātos starp tiem un varētu šūpoties, neko nesitot.
- Paceliet akumulatoru, turot virvi nostieptu, un atlaidiet to tā, lai tā šūpotos uz priekšu un atpakaļ.
4. solis. Identificējiet svārsta zinātnisko vārdu krājumu
Tāpat kā lielākajā daļā zinātnisko darbību, svārsta izpratne un izmantošana ir iespējama tikai tad, ja zināt vārdus, kas to raksturo.
- Amplitūda: Augstākais punkts, ko svārsts sasniedz.
- Bobs: Cits nosaukums svārsta gala slodzei.
- Līdzsvars: svārsta viduspunkts; kur atrodas krava, ja tā nekustas.
- Biežums: Cik reizes svārsts šūpojas uz priekšu un atpakaļ noteiktā laikā.
- Periods: Laiks, kas nepieciešams, lai kustīgais svārsts atgrieztos tajā pašā vietā.
2. metode no 3: svārsta izmantošana pamata fizikas mācīšanai
1. solis. Ņemiet vērā, ka svārsta eksperimenti ir lielisks veids, kā mācīt zinātnisko metodi
Zinātniskā metode kopš senās Grieķijas ir bijusi zinātnisko pētījumu mugurkauls, un svārsts ir objekts, kuru ir viegli izgatavot un kas ātri rada rezultātus. Veicot kādu no šiem eksperimentiem, veltiet laiku hipotēzes formulēšanai, pārrunājiet, kuru mainīgo testējat, un salīdziniet rezultātus.
- Vienmēr eksperimentējiet līdz 5-6 reizēm, lai nodrošinātu rezultātu konsekvenci.
- Atcerieties, ka vienlaikus jāizmēģina tikai viens eksperiments- pretējā gadījumā jūs nezināt, kas maina svārsta šūpošanos.
Solis 2. Mainiet svaru virves galā, lai iemācītu gravitāciju
Viens no vienkāršākajiem veidiem, kā uzzināt par gravitācijas efektu, ir svārsts, un jūs varētu būt pārsteigts par rezultātiem. Lai redzētu gravitācijas efektu:
- Pavelciet svārstu 10 cm un atlaidiet to.
- Izmantojiet hronometru, lai noteiktu svārsta periodu. Atkārtojiet 5-10 reizes.
- Pievienojiet svārstam smagāku bumbuli un atkārtojiet eksperimentu.
- Periods un biežums būs tieši tāds pats! Tas notiek tāpēc, ka smagums vienādi ietekmē visas slodzes. Piemēram, monēta un ķieģelis nokritīs ar tādu pašu ātrumu.
Solis 3. Mainiet slodzes samazināšanas vietu, lai izpētītu amplitūdu
Velkot auklu augstāk, esat palielinājis svārsta amplitūdu vai augstumu. Tomēr vai tas maina to, cik ātri svārsts atgriežas pie rokas? Atkārtojiet iepriekš minēto eksperimentu, bet šoreiz pavelciet svārstu 20 centimetru attālumā un nemainiet slodzi.
- Ja jūs visu izdarījāt pareizi, svārsta periods nemainīsies.
- Mainot amplitūdu, nemainās frekvence - fakts, kas noderēs trigonometrijā, skaņu zinātnē un daudzās citās jomās.
Solis 4. Mainiet virves garumu
Atkārtojiet iepriekš minēto eksperimentu, bet tā vietā, lai mainītu pievienoto svaru vai cik augstu to nomestu, izmantojiet īsāku vai garāku virvi.
Šoreiz jūs noteikti pamanīsit izmaiņas. Patiesībā virknes garuma maiņa ir vienīgais, kas mainīs svārsta periodu un biežumu
5. solis. Uzziniet vairāk par svārsta fiziku, lai uzzinātu par inerci, enerģijas pārnesi un paātrinājumu
Vecākiem studentiem vai topošajiem fiziķiem svārsti ir lielisks veids, kā uzzināt attiecības starp paātrinājumu, berzi un trigonometriju. Meklējiet “svārsta vienādojumus” vai izstrādājiet savus eksperimentus, lai tos atrastu. Daži jautājumi, kas jāņem vērā:
- Cik ātri bobs pārvietojas zemākajā punktā? Kā jūs atrodat boba ātrumu katrā punktā?
- Cik daudz kinētiskās enerģijas ir Bobam jebkurā svārsta punktā? Kā palīglīdzekli izmantojiet vienādojumu: kinētiskā enerģija = 0,5 x Boba masa x ātrums2
- Kā jūs varat paredzēt svārsta periodu, pamatojoties uz virknes garumu?
3. metode no 3: svārsta izmantošana mērījumu veikšanai
Solis 1. Pielāgojiet virves garumu, lai izmērītu laiku
Lai gan virves vilkšana atpakaļ un slodzes maiņa nevar mainīt periodu, virves pagarināšana vai saīsināšana var mainīt periodu. Veco pulksteni var izgatavot šādi - ja perfekti maināt svārsta garumu, varat izveidot punktu vai pilnā sparā, kas aizņem divas sekundes. Saskaitiet periodu skaitu, un jūs zināt, cik daudz laika ir pagājis.
- Svārsta pulkstenis ir piestiprināts pie pārnesuma, lai katru reizi, kad svārsts šūpotos, pulksteņa otrā roka kustētos.
- Svārsta pulkstenī svars, kas šūpojas vienā virzienā, rada "ērci" un šūpojas atpakaļ, lai radītu "klauvējumu".
2. solis. Izmantojiet svārstu, lai izmērītu tuvumā esošās vibrācijas, tostarp zemestrīces
Seismogrāfs, mašīna, kas mēra zemestrīču intensitāti un virzienu, ir sarežģīts svārsts, kas kustas tikai tad, kad kustas Zemes garoza. Lai gan svārsta kalibrēšana tikai plākšņu tektonikas mērīšanai ir ārkārtīgi sarežģīta, gandrīz jebkuru svārstu var pārvērst par pamata seismogrāfu, izmantojot tikai pildspalvu un papīru.
- Līmējiet pildspalvu vai zīmuli pie svara svārsta beigās.
- Novietojiet papīra gabalu zem svārsta tā, lai pildspalva pieskartos papīram un izdarītu atzīmes.
- Viegli šūpojiet svārstu, bet nekratiet auklu. Jo spēcīgāk sakratāt svārstu, jo lielākas ir zīmes uz papīra. Tas ir saistīts ar lielāku “zemestrīci”.
- Sākotnējā seismogrāfā bija rotējošs papīra gabals, lai jūs varētu redzēt zemestrīces spēku laika gaitā.
- Svārstu izmantoja zemestrīču mērīšanai kopš 132. gada Ķīnā.
3. solis. Izmantojiet īpašu svārstu, ko sauc par Fuko svārstu, lai pierādītu, ka zeme griežas
Lai gan šodien cilvēki zina, ka zeme griežas ap savu asi, Fuko svārsts ir agrākais pierādījums šim jēdzienam. Lai to atkārtotu, jums būs nepieciešams liels svārsts, kura minimālais garums ir 4,9 metri un svars virs 11,3 kg, lai samazinātu ārējos mainīgos, piemēram, vēju vai berzi.
- Pārvietojiet svārstu tā, lai tas varētu šūpoties ilgu laiku.
- Laika gaitā jūs pamanīsit, ka svārsts šūpojas citā virzienā nekā tad, kad sākāt šūpošanos.
- Tas notiek tāpēc, ka svārsts pārvietojas taisnā līnijā, kamēr zeme griežas zemāk.
- Ziemeļu puslodē svārsts pārvietosies pulksteņrādītāja virzienā, bet dienvidu puslodē svārsts-pretēji pulksteņrādītāja virzienam.
- Lai gan tas ir sarežģīti, varat izmantot Fuko svārstu, lai aprēķinātu platumu, izmantojot trigonometriskos vienādojumus.
Padomi
- Lai precīzi veiktu šo eksperimentu, jums var būt nepieciešami divi cilvēki - viena persona izmanto svārstu, bet otra - laika uzskaite.
- Ja vēlaties izveidot precīzāku svārstu, izmantojiet citu virvi, lai noturētu svaru vēlamajā augstumā. Sadedziniet virves galu, lai “nomestu” svaru. Tas neļaus nejauši nospiest svaru uz priekšu vai uz sāniem, kad to atlaidīsit.
- Daži cilvēki uzskata, ka svārstam piemīt arī īpašas zīlēšanas spējas.
