Un pendolo è costituito da un peso sospeso da un'asta o una fune che oscilla avanti e indietro. I pendoli sono comuni nei dispositivi di cronometraggio come metronomi, orologi a pendolo, sismometri e bruciatori di incenso oscillanti e possono essere utilizzati per illustrare complessi problemi di fisica.
Fare un passo
Metodo 1 di 3: Comprensione del pendolo di base
Passaggio 1. Sappi che un pendolo è un peso appeso liberamente all'estremità della corda
Prima di iniziare a usare un pendolo, devi sapere cos'è un pendolo e come funziona. Fortunatamente, un pendolo non è altro che un peso sospeso che può oscillare avanti e indietro. La fune è legata in un punto fisso in modo che solo il peso e la fune si muovano.
- Tieni l'estremità di una collana pendente o di un giocattolo yo-yo tra le dita e sposta il "peso" in basso. Hai realizzato il tuo primo pendolo!
- Un esempio comune di pendolo è un grande peso oscillante su un orologio a pendolo.
Passaggio 2. Per utilizzare un pendolo, tirare indietro il peso e poi rilasciarlo
Assicurati di tenere la corda tesa e di rimuovere il peso senza spingerla. Il peso oscillerà avanti e indietro, tornando quasi alla stessa altezza di quando lo hai lasciato cadere.
- Il pendolo oscillerà per sempre se nulla lo rallenta o cambia direzione.
- Infatti, le forze esterne come l'attrito e la resistenza dell'aria rallenteranno il pendolo.
Passaggio 3. Crea un semplice pendolo con una corda, una batteria e un metro a nastro per capirlo meglio
Se stai imparando attraverso attività pratiche o vuoi insegnare ai bambini come funziona un pendolo, puoi costruire rapidamente un pendolo con cui sperimentare:
- Lega un'estremità della corda al centro di un metro a nastro di legno o di un'asta.
- Lega l'altra estremità a una batteria o a un altro piccolo carico.
- Bilancia il legno misurato sugli schienali di due sedie uguali in modo che la batteria penda liberamente tra di loro e possa oscillare senza colpire nulla.
- Sollevare la batteria, tenendo la fune tesa, e rilasciarla in modo che oscilli avanti e indietro.
Passaggio 4. Identificare il vocabolario scientifico per il pendolo
Come per la maggior parte delle attività scientifiche, la comprensione e l'uso di un pendolo è possibile solo se si conoscono le parole che lo descrivono.
- Ampiezza: Il punto più alto raggiunto dal pendolo.
- Bob: Un altro nome per il carico sulla punta del pendolo.
- Equilibrio: il punto medio del pendolo; dove si trova il carico se non si muove.
- Frequenza: Il numero di volte che il pendolo oscilla avanti e indietro in un dato tempo.
- Periodo: Il tempo impiegato da un pendolo in movimento per tornare nello stesso punto.
Metodo 2 di 3: Utilizzo di un pendolo per insegnare la fisica di base
Passaggio 1. Nota che gli esperimenti con il pendolo sono un ottimo modo per insegnare il metodo scientifico
Il metodo scientifico è stato la spina dorsale della ricerca scientifica fin dall'antica Grecia, e il pendolo è un oggetto di facile fabbricazione e che produce risultati rapidamente. Quando conduci uno dei seguenti esperimenti, prenditi del tempo per formulare un'ipotesi, discuti quale variabile stai testando e confronta i risultati.
- Sperimenta sempre fino a 5-6 volte per garantire la coerenza dei risultati.
- Ricorda di provare solo un esperimento alla volta, altrimenti non saprai cosa cambia l'oscillazione del pendolo.
Passaggio 2. Cambia il peso all'estremità della corda per insegnare la gravità
Uno dei modi più semplici per conoscere l'effetto della gravità è attraverso un pendolo e potresti essere sorpreso dai risultati. Per vedere l'effetto della gravità:
- Tirare il pendolo di 10 cm e rilasciarlo.
- Usa un cronometro per cronometrare il periodo del pendolo. Ripeti 5-10 volte.
- Aggiungi un peso più pesante al pendolo e ripeti l'esperimento.
- Il periodo e la frequenza saranno esattamente gli stessi! Questo perché la gravità influenza tutti i carichi allo stesso modo. Ad esempio, una moneta e un mattone cadranno alla stessa velocità.
Passaggio 3. Modificare il punto in cui si rilascia il carico per studiare l'ampiezza
Quando tiri la corda più in alto, hai aumentato l'ampiezza o l'altezza del pendolo. Tuttavia, cambia la velocità con cui il pendolo ritorna nella tua mano? Ripeti l'esperimento precedente, ma questa volta allontana il pendolo di 20 centimetri e non modificare il carico.
- Se hai fatto tutto correttamente, il periodo del pendolo non cambierà.
- Cambiare l'ampiezza non cambia la frequenza, un fatto che tornerà utile in trigonometria, scienza del suono e molti altri campi.
Passaggio 4. Modificare la lunghezza della corda
Ripeti l'esperimento sopra, ma invece di cambiare quanto peso aggiungi o quanto in alto lo lasci cadere, usa una corda più corta o più lunga.
Questa volta noterete sicuramente i cambiamenti. Infatti, cambiare la lunghezza della corda è l'unica cosa che cambierà il periodo e la frequenza del pendolo
Passaggio 5. Scopri di più sulla fisica del pendolo per conoscere l'inerzia, il trasferimento di energia e l'accelerazione
Per gli studenti più anziani o gli aspiranti fisici, i pendoli sono un ottimo modo per imparare la relazione tra accelerazione, attrito e trigonometria. Cerca le "equazioni del pendolo" o progetta i tuoi esperimenti per trovarle. Alcune domande da considerare:
- Quanto velocemente si muove il bob nel suo punto più basso? Come trovi la velocità del bob in ogni punto?
- Quanta energia cinetica ha il peso in qualsiasi punto del pendolo? Come aiuto, usa l'equazione: Energia cinetica = 0,5 x massa di Bob x velocità.2
- Come si può prevedere il periodo di un pendolo in base alla lunghezza della corda?
Metodo 3 di 3: utilizzo di un pendolo per effettuare misurazioni
Passaggio 1. Regolare la lunghezza della corda per misurare il tempo
Mentre tirare ulteriormente la fune e cambiare il carico non può cambiare il periodo, allungare o accorciare la fune può cambiare il periodo. Ecco come realizzare un vecchio orologio: se modifichi perfettamente la lunghezza del pendolo, puoi creare un punto o un'oscillazione completa, che richiede due secondi. Conta il numero di periodi e sai quanto tempo è passato.
- L'orologio a pendolo è attaccato all'ingranaggio in modo che ogni volta che il pendolo oscilla, la lancetta dei secondi dell'orologio si muoverà.
- In un orologio a pendolo, un peso che oscilla in una direzione produce un "tic" e oscilla indietro per produrre un "bussare".
Passaggio 2. Usa il pendolo per misurare le vibrazioni vicine, inclusi i terremoti
Un sismografo, una macchina che misura l'intensità e la direzione dei terremoti, è un pendolo complesso che si muove solo quando si muove la crosta terrestre. Mentre calibrare un pendolo solo per misurare la tettonica a zolle è estremamente complicato, puoi trasformare quasi qualsiasi pendolo in un sismografo di base con solo carta e penna.
- Incolla una penna o una matita sul peso all'estremità del pendolo.
- Metti un pezzo di carta sotto il pendolo in modo che la penna tocchi la carta e faccia dei segni.
- Fai oscillare delicatamente il pendolo, ma non scuotere la corda. Più forte scuoti il pendolo, più grandi saranno i segni sul tuo pezzo di carta. Questo è associato a un "terremoto" più grande.
- Il sismografo originale aveva un pezzo di carta rotante in modo da poter vedere la forza di un terremoto nel tempo.
- Il pendolo è stato utilizzato per misurare i terremoti dal 132 d. C. in Cina.
Passaggio 3. Usa un pendolo speciale chiamato Pendolo di Foucault per dimostrare che la terra ruota
Sebbene oggi le persone sappiano che la terra ruota sul proprio asse, il pendolo di Foucault è la prima prova di questo concetto. Per replicarlo ti servirà un pendolo di grandi dimensioni, con una lunghezza minima di 4,9 metri e un peso di oltre 11,3 kg, per ridurre al minimo le variabili esterne come vento o attrito.
- Muovi il pendolo in modo che possa oscillare a lungo.
- Col passare del tempo, noterai che il pendolo oscilla in una direzione diversa da quando hai iniziato l'oscillazione.
- Questo accade perché il pendolo si muove in linea retta mentre la terra sottostante ruota.
- Nell'emisfero nord il pendolo si muoverà in senso orario e nell'emisfero sud il pendolo si muoverà in senso antiorario.
- Sebbene sia complicato, puoi usare il pendolo di Foucault per calcolare la latitudine usando equazioni trigonometriche.
Suggerimenti
- Potresti aver bisogno di due persone per eseguire questo esperimento con precisione: una persona che usa un pendolo e l'altra che tiene traccia del tempo.
- Se vuoi creare un pendolo più preciso, usa un'altra corda per tenere il peso all'altezza desiderata. Brucia l'estremità della corda per "far cadere" il peso. Ciò ti impedirà di spingere accidentalmente il peso in avanti o lateralmente quando lo rilasci.
- Alcune persone credono che il pendolo abbia anche speciali poteri divinatori.
