Nihalo je sestavljeno iz uteži, ki je obešena na palico ali vrv, ki se niha naprej in nazaj. Nihala so pogosta v merilnih urah, kot so metronomi, nihalne ure, seizmometri in nihajni kadilniki, in se lahko uporabljajo za ponazoritev kompleksnih fizikalnih težav.
Korak
Metoda 1 od 3: Razumevanje osnovnega nihala
Korak 1. Vedite, da je nihalo utež, ki prosto visi na koncu vrvice
Preden začnete uporabljati nihalo, morate vedeti, kaj je nihalo in kako deluje. Na srečo nihalo ni nič drugega kot viseča utež, ki se lahko premika naprej in nazaj. Vrv je pritrjena na fiksni točki, tako da se premikata le teža in vrv.
- Med prsti držite konec obesne ogrlice ali jo-jo igrače in premaknite »težo« na dnu. Naredili ste svoje prvo nihalo!
- Pogost primer nihala je velika nihajna utež na nihalni uri.
Korak 2. Za uporabo nihala potegnite utež nazaj in jo nato spustite
Pazite, da je vrv tesna in odstranite težo, ne da bi jo pritisnili. Teža se bo vrtela naprej in nazaj in se vrnila na skoraj enako višino, kot ko ste jo spustili.
- Nihalo bo zanihalo za vedno, če ga nič ne upočasni ali spremeni smer.
- Dejansko bodo zunanje sile, kot sta trenje in zračni upor, upočasnile nihalo.
Korak 3. Naredite preprosto nihalo z vrvico, baterijo in merilnim trakom, da ga bolje razumete
Če se učite s praktičnimi dejavnostmi ali želite otroke naučiti, kako deluje nihalo, lahko hitro zgradite nihalo za eksperimentiranje:
- En konec vrvi privežite na sredino lesenega traku ali droga.
- Drugi konec privežite na baterijo ali drugo majhno obremenitev.
- Izmerite odmerjen les na hrbtu dveh enakih stolov, tako da baterija prosto visi med njima in se lahko zaniha, ne da bi pri tem udarila v karkoli.
- Dvignite baterijo, pri tem pa držite vrv napeto, in jo sprostite, tako da se niha naprej in nazaj.
Korak 4. Opredelite znanstveni besednjak za nihalo
Kot pri večini znanstvenih dejavnosti je razumevanje in uporaba nihala mogoča le, če poznate besede, ki ga opisujejo.
- Amplituda: Najvišja točka, ki jo nihalo doseže.
- Bob: Drugo ime za obremenitev na konici nihala.
- Ravnotežje: sredina nihala; kje je tovor, če se ne premika.
- Pogostost: Kolikokrat se nihalo v določenem času zaniha naprej in nazaj.
- Obdobje: Čas, potreben za premikanje nihala, da se vrnete na isto mesto.
Metoda 2 od 3: Uporaba nihala za poučevanje osnovnih fizik
Korak 1. Upoštevajte, da so poskusi z nihalom odličen način za poučevanje znanstvene metode
Znanstvena metoda je že od antične Grčije hrbtenica znanstvenih raziskav, nihalo pa je predmet, ki ga je enostavno izdelati in hitro prinaša rezultate. Ko izvajate katerega od naslednjih poskusov, si vzemite čas za oblikovanje hipoteze, razpravo o tem, katero spremenljivko preizkušate, in primerjajte rezultate.
- Vedno eksperimentirajte do 5-6 krat, da zagotovite doslednost rezultatov.
- Ne pozabite poskusiti samo enega poskusa naenkrat- sicer ne boste vedeli, kaj spremeni nihalo.
Korak 2. Spremenite težo na koncu vrvi, da se naučite gravitacije
Eden najpreprostejših načinov za spoznavanje učinka gravitacije je nihalo, zato boste morda presenečeni nad rezultati. Če želite videti učinek gravitacije:
- Nihalo povlecite za 10 cm in ga spustite.
- Za merjenje nihajnega obdobja uporabite štoparico. Ponovite 5-10 krat.
- Nihalu dodajte težji bob in ponovite poskus.
- Obdobje in pogostost bosta popolnoma enaka! To je zato, ker gravitacija enako vpliva na vse obremenitve. Na primer, kovanec in opeka bosta padla z enako hitrostjo.
Korak 3. Spremenite, kje spuščate obremenitev, da preučite amplitudo
Ko potegnete vrvico višje, ste povečali amplitudo ali višino nihala. Ali se to spremeni, kako hitro se nihalo vrne v vašo roko? Zgornji poskus ponovite, vendar tokrat nihalo potegnite 20 centimetrov stran in ne spreminjajte bremena.
- Če ste vse naredili pravilno, se obdobje nihala ne bo spremenilo.
- Sprememba amplitude ne spremeni frekvence, kar bo prišlo prav pri trigonometriji, zvočni znanosti in mnogih drugih področjih.
Korak 4. Spremenite dolžino vrvi
Zgornji poskus ponovite, namesto da spremenite, koliko teže dodate ali kako visoko jo spustite, uporabite krajšo ali daljšo vrv.
Tokrat boste spremembe zagotovo opazili. Pravzaprav je sprememba dolžine vrvice edina stvar, ki bo spremenila obdobje in frekvenco nihala
5. korak Več o fiziki nihala, če želite izvedeti o vztrajnosti, prenosu energije in pospeševanju
Za starejše študente ali nadobudne fizike so nihala odličen način za spoznavanje odnosa med pospeševanjem, trenjem in trigonometrijo. Poiščite »enačbe nihala« ali oblikujte lastne poskuse, da jih poiščete. Nekaj vprašanj, ki jih je treba upoštevati:
- Kako hitro se bob premika na najnižji točki? Kako ugotovite hitrost boba na vsaki točki?
- Koliko kinetične energije ima bob na kateri koli točki nihala? Kot pomoč uporabite enačbo: Kinetična energija = 0,5 x Bobova masa x hitrost2
- Kako lahko na podlagi dolžine vrvice napoveste obdobje nihala?
Metoda 3 od 3: Uporaba nihala za merjenje
Korak 1. Prilagodite dolžino vrvi za merjenje časa
Medtem, ko povlečete vrv nazaj in spreminjanje bremena ne more spremeniti obdobja, lahko podaljšanje ali skrajšanje vrvi spremeni obdobje. Tako naredite staro uro - če popolnoma spremenite dolžino nihala, lahko naredite obdobje ali polni zamah, kar traja dve sekundi. Preštejte število obdobij in veste, koliko časa je minilo.
- Ura nihala je pritrjena na prestavo, tako da se bo vsakič, ko nihalo zaniha, premaknila druga kazalka na uri.
- V nihalni uri utež, ki zaniha v eno smer, povzroči "klop" in zaniha nazaj, da proizvede "trkanje".
Korak 2. Z nihalom merite vibracije v bližini, vključno s potresi
Seizmograf, stroj, ki meri jakost in smer potresov, je zapleteno nihalo, ki se premika le, ko se zemeljska skorja premakne. Medtem ko je umerjanje nihala samo za merjenje tektonike plošč izjemno zapleteno, lahko skoraj vsako nihalo spremenite v osnovni seizmograf samo s peresom in papirjem.
- Na težo na koncu nihala prilepite svinčnik ali svinčnik.
- Pod nihalo položite kos papirja, tako da se pisalo dotakne papirja in naredi oznake.
- Nežno nihajte nihalo, vendar ne pretresite vrvice. Bolj ko tresete nihalo, večje so oznake na vašem papirju. To je povezano z večjim "potresom".
- Prvotni seizmograf je imel vrtljiv kos papirja, tako da ste lahko sčasoma videli moč potresa.
- Nihalo se uporablja za merjenje potresov od leta 132 našega štetja na Kitajskem.
Korak 3. Uporabite posebno nihalo, imenovano Foucaultovo nihalo, da dokažete, da se zemlja vrti
Čeprav danes ljudje vedo, da se zemlja vrti okoli svoje osi, je Foucaultovo nihalo prvi dokaz tega koncepta. Če ga želite ponoviti, potrebujete veliko nihalo z najmanjšo dolžino 4,9 metra in težo nad 11,3 kg, da zmanjšate zunanje spremenljivke, kot sta veter ali trenje.
- Nihalo premikajte tako, da lahko dolgo časa niha.
- Sčasoma boste opazili, da se nihalo niha v drugo smer, kot ste jo zagnali.
- To se zgodi, ker se nihalo premika v ravni črti, medtem ko se zemlja spodaj vrti.
- Na severni polobli se bo nihalo premikalo v smeri urinega kazalca, na južni polobli pa v nasprotni smeri urinega kazalca.
- Čeprav je zapleteno, lahko uporabite Foucaultovo nihalo za izračun zemljepisne širine s pomočjo trigonometričnih enačb.
Nasveti
- Za natančno izvedbo tega poskusa boste morda potrebovali dve osebi - ena oseba, ki uporablja nihalo, druga pa spremlja čas.
- Če želite narediti natančnejše nihalo, uporabite drugo vrv, da zadržite težo na želeni višini. Konec vrvi zažgite, da "spustite" težo. Tako boste preprečili nenamerno potiskanje uteži naprej ali vstran, ko jo sprostite.
- Nekateri verjamejo, da ima nihalo tudi posebno vedeževalno moč.
