Njihalo se sastoji od utega okačenog na štap ili uže koje se ljulja naprijed -natrag. Njihala su uobičajena u uređajima za mjerenje vremena, kao što su metronomi, satovi s klatnom, seizmometri i ljuljačke kadionice, a mogu se koristiti za ilustraciju složenih fizičkih problema.
Korak
Metoda 1 od 3: Razumijevanje osnovnog klatna
Korak 1. Znajte da je klatno uteg koji slobodno visi na kraju žice
Prije nego počnete koristiti klatno, morate znati šta je to klatno i kako radi. Srećom, klatno nije ništa drugo do viseći uteg koji se može ljuljati naprijed -natrag. Uže je vezano na fiksnom mjestu tako da se pomiču samo težina i uže.
- Držite kraj ogrlice s privjeskom ili yo-yo igračku među prstima i pomaknite "težinu" pri dnu. Napravili ste svoje prvo klatno!
- Uobičajen primjer klatna je velika njihajuća težina na satu klatna.
Korak 2. Da biste koristili klatno, povucite uteg unatrag, a zatim ga otpustite
Držite uže čvrsto i uklonite težinu bez guranja. Težina će se ljuljati naprijed -natrag, vraćajući se na gotovo istu visinu kao kad ste je spustili.
- Klatno će se zauvijek ljuljati ako ga ništa ne uspori ili promijeni smjer.
- U stvari, vanjske sile poput trenja i otpora zraka usporit će klatno.
Korak 3. Napravite jednostavno klatno s nizom, baterijom i mjernom trakom da biste ga bolje razumjeli
Ako učite kroz praktične aktivnosti ili želite naučiti djecu kako funkcionira klatno, tada možete brzo izgraditi klatno s kojim ćete eksperimentirati:
- Vežite jedan kraj užeta za središte drvene mjerne trake ili stupa.
- Drugi kraj privežite za bateriju ili drugo malo opterećenje.
- Uravnotežite dozirano drvo na naslonima dvije jednake stolice tako da baterija slobodno visi između njih i može se ljuljati bez udaranja u bilo što.
- Podignite bateriju držeći uže zategnutim i otpustite ga tako da se njiše naprijed -natrag.
Korak 4. Identifikujte naučni rečnik za klatno
Kao i kod većine znanstvenih aktivnosti, razumijevanje i korištenje njihala moguće je samo ako poznajete riječi koje ga opisuju.
- Amplituda: Najviša tačka do koje visak doseže.
- Bob: Drugi naziv za teret na vrhu klatna.
- Ravnoteža: sredina klatna; gdje se nalazi teret ako se ne kreće.
- Frekvencija: Broj kretanja njihala naprijed -nazad u datom vremenu.
- Period: Vrijeme potrebno pokretnom klatnu da se vrati na isto mjesto.
Metoda 2 od 3: Korištenje klatna za poučavanje osnovnih fizika
Korak 1. Imajte na umu da su eksperimenti s klatnom odličan način poučavanja naučne metode
Naučna metoda je okosnica naučnih istraživanja još od antičke Grčke, a klatno je objekt koji se lako proizvodi i brzo daje rezultate. Prilikom izvođenja bilo kojeg od sljedećih eksperimenata, odvojite vrijeme za formuliranje hipoteze, raspravite koju varijablu testirate i usporedite rezultate.
- Uvijek eksperimentirajte do 5-6 puta kako biste osigurali dosljednost rezultata.
- Ne zaboravite isprobavati samo jedan eksperiment odjednom- inače nećete znati šta mijenja zamah njihala.
Korak 2. Promijenite težinu na kraju užeta kako biste naučili gravitaciju
Jedan od najjednostavnijih načina da saznate o utjecaju gravitacije je pomoću klatna, pa biste mogli biti iznenađeni rezultatima. Da biste vidjeli učinak gravitacije:
- Povucite klatno 10 cm i otpustite ga.
- Upotrijebite štopericu za mjerenje perioda klatna. Ponovite 5-10 puta.
- Dodajte teže klatno klatnu i ponovite eksperiment.
- Period i učestalost će biti potpuno isti! To je zato što gravitacija jednako utječe na sva opterećenja. Na primjer, novčić i cigla će pasti istom brzinom.
Korak 3. Promijenite mjesto ispuštanja opterećenja da biste proučili amplitudu
Kako vučete žicu više, povećavate amplitudu ili visinu klatna. Međutim, mijenja li se to koliko se brzo klatno vraća u vašu ruku? Ponovite gornji eksperiment, ali ovaj put povucite klatno 20 centimetara dalje i ne mijenjajte teret.
- Ako ste sve učinili ispravno, period klatna se neće promijeniti.
- Promjena amplitude ne mijenja frekvenciju, što će nam dobro doći u trigonometriji, nauci o zvuku i mnogim drugim poljima.
Korak 4. Promijenite dužinu užeta
Ponovite gornji eksperiment, ali umjesto da promijenite težinu koju dodajete ili koliko visoko je spuštate, upotrijebite kraći ili duži konopac.
Ovaj put ćete definitivno primijetiti promjene. U stvari, promjena dužine žice je jedina stvar koja će promijeniti period i frekvenciju klatna
Korak 5. Saznajte više o fizici klatna da naučite o inerciji, prijenosu energije i ubrzanju
Za više studente ili nadobudne fizičare, klatno je odličan način za učenje odnosa između ubrzanja, trenja i trigonometrije. Potražite „jednadžbe klatna“ili osmislite vlastite eksperimente kako biste ih pronašli. Neka pitanja koja treba razmotriti:
- Koliko se brzo bob kreće na najnižoj tački? Kako pronalazite brzinu boba u svakoj tački?
- Koliko kinetičke energije ima bob u bilo kojoj tački klatna? Kao pomoć, koristite jednadžbu: Kinetička energija = 0,5 x Bobova masa x Brzina2
- Kako možete predvidjeti period klatna na osnovu dužine žice?
Metoda 3 od 3: Korištenje klatna za mjerenje
Korak 1. Podesite dužinu užeta kako biste izmjerili vrijeme
Dok povlačenjem užeta unatrag i promjenom tereta ne možete promijeniti period, produženje ili skraćivanje užeta može promijeniti period. Ovako se pravi stari sat - ako savršeno promijenite dužinu klatna, možete napraviti mjesečnicu ili pun zamah, što traje dvije sekunde. Prebrojite broj menstruacija i znate koliko je vremena prošlo.
- Sat s klatnom pričvršćen je na zupčanik tako da se svaki put kad se njihalo njiše, druga kazaljka na satu pomjeri.
- U satu s klatnom, uteg koji se okreće u jednom smjeru proizvodi "otkucaj" i zamahuje unatrag da proizvede "kucanje".
Korak 2. Pomoću klatna izmjerite vibracije u blizini, uključujući i potrese
Seizmograf, mašina koja mjeri intenzitet i smjer potresa, složeno je njihalo koje se pomiče samo pri kretanju Zemljine kore. Iako je kalibriranje klatna samo za mjerenje tektonike ploča izuzetno komplicirano, gotovo svako klatno možete pretvoriti u osnovni seizmograf samo olovkom i papirom.
- Zalijepite olovku ili olovku na težinu na kraju njihala.
- Stavite komad papira ispod klatna tako da olovka dodirne papir i napravi oznake.
- Lagano ljuljajte klatno, ali ne tresite uzicu. Što jače tresete klatno, veće su oznake na vašem komadu papira. Ovo je povezano s većim "potresom".
- Originalni seizmograf imao je rotirajući komad papira tako da ste s vremenom mogli vidjeti snagu potresa.
- Klatno se koristi za mjerenje potresa od 132. godine poslije Krista u Kini.
Korak 3. Upotrijebite posebno klatno koje se zove Foucaultovo njihalo kako biste dokazali da se Zemlja okreće
Iako danas ljudi znaju da se Zemlja okreće oko svoje osi, Foucaultovo njihalo je najraniji dokaz ovog koncepta. Za njegovo kopiranje trebat će vam veliko klatno, minimalne dužine 4,9 metara i težine veće od 11,3 kg, kako biste smanjili vanjske varijable poput vjetra ili trenja.
- Pomaknite klatno tako da se može dugo ljuljati.
- Kako vrijeme odmiče, primijetit ćete da se njihalo njiše u drugom smjeru od onog kada ste ga pokrenuli.
- To se događa zato što se njihalo kreće ravno dok se zemlja ispod rotira.
- Na sjevernoj hemisferi klatno će se kretati u smjeru kazaljke na satu, a na južnoj hemisferi će se kretati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.
- Iako je komplicirano, možete koristiti Foucaultovo njihalo za izračunavanje zemljopisne širine pomoću trigonometrijskih jednadžbi.
Savjeti
- Možda će vam trebati dvije osobe da biste točno izveli ovaj eksperiment - jedna osoba koristi klatno, a druga osoba koja prati vrijeme.
- Ako želite napraviti preciznije klatno, upotrijebite drugo uže da biste održali težinu na željenoj visini. Spalite kraj užeta da biste "spustili" težinu. To će vas spriječiti da slučajno gurnete težinu prema naprijed ili u stranu kada je otpustite.
- Neki vjeruju da klatno ima i posebnu moć proricanja.
