Heiluri koostuu tangosta tai köydestä ripustetusta painosta, joka heiluu edestakaisin. Heilurit ovat yleisiä kellonaikalaitteissa, kuten metronomit, heilurikellot, seismometrit ja heiluttavat suitsukepolttimet, ja niitä voidaan käyttää havainnollistamaan monimutkaisia fysiikan ongelmia.
Vaihe
Menetelmä 1/3: Perusheilurin ymmärtäminen
Vaihe 1. Tiedä, että heiluri on paino, joka roikkuu vapaasti narun päässä
Ennen kuin aloitat heilurin käytön, sinun on tiedettävä, mikä heiluri on ja miten se toimii. Onneksi heiluri on vain riippuva paino, joka voi heilua edestakaisin. Köysi sidotaan kiinteään kohtaan niin, että vain paino ja köysi liikkuvat.
- Pidä kaulakorun tai yo-yo-lelun päätä sormiesi välissä ja siirrä "paino" alareunassa. Olet tehnyt ensimmäisen heilurin!
- Yleinen esimerkki heilurista on heilurikellon suuri heiluva paino.
Vaihe 2. Jos haluat käyttää heiluria, vedä painoa taaksepäin ja vapauta se
Varmista, että pidät köyden tiukasti ja poistat painon työntämättä sitä. Paino heiluu edestakaisin ja palaa lähes samaan korkeuteen kuin pudottaessasi sen.
- Heiluri heiluu ikuisesti, jos mikään ei hidasta sitä tai muuttaa suuntaa.
- Itse asiassa ulkoiset voimat, kuten kitka ja ilmanvastus, hidastavat heiluria.
Vaihe 3. Tee yksinkertainen heiluri narulla, paristolla ja mittanauhalla ymmärtääksesi sen paremmin
Jos opit käytännön toimintojen kautta tai haluat opettaa lapsille heilurin toiminnan, voit nopeasti rakentaa heilurin kokeilemaan:
- Sido köyden toinen pää puisen mittanauhan tai tangon keskelle.
- Sido toinen pää akkuun tai muuhun pieneen kuormaan.
- Tasaa mitattu puu kahden saman tuolin selkänojalla niin, että akku roikkuu vapaasti niiden välissä ja voi heilua lyömättä mitään.
- Nosta akkua pitämällä köysi kireänä ja vapauta se siten, että se heiluu edestakaisin.
Vaihe 4. Tunnista heilurin tieteellinen sanasto
Kuten useimmissa tieteellisissä toimissa, heilurin ymmärtäminen ja käyttö on mahdollista vain, jos tiedät sen kuvaavat sanat.
- Amplitudi: Heilurin korkein kohta.
- Bob: Toinen nimi heilurin kärjessä olevalle kuormalle.
- Tasapaino: heilurin keskipiste; missä kuorma on, jos se ei liiku.
- Taajuus: Kuinka monta kertaa heiluri heiluu edestakaisin tietyn ajan kuluessa.
- Kausi: Aika, joka kuluu liikkuvan heilurin palaamiseen samaan paikkaan.
Menetelmä 2/3: Heilurin käyttö perusfysiikan opettamiseen
Vaihe 1. Huomaa, että heilurikokeet ovat loistava tapa opettaa tieteellistä menetelmää
Tieteellinen menetelmä on ollut tieteellisen tutkimuksen selkäranka muinaisesta Kreikasta lähtien, ja heiluri on esine, joka on helppo valmistaa ja tuottaa tuloksia nopeasti. Kun teet mitä tahansa seuraavista kokeista, käytä aikaa hypoteesin muodostamiseen, keskustele testattavan muuttujan kanssa ja vertaa tuloksia.
- Kokeile aina jopa 5-6 kertaa varmistaaksesi tulostesi johdonmukaisuuden.
- Muista kokeilla vain yksi kokeilu kerrallaan- muuten et tiedä, mikä muuttaa heilurin heilahtelua.
Vaihe 2. Muuta köyden päässä olevaa painoa painovoiman opettamiseksi
Yksi yksinkertaisimmista tavoista oppia painovoiman vaikutuksesta on heiluri, ja saatat yllättyä tuloksista. Voit nähdä painovoiman vaikutuksen seuraavasti:
- Vedä heiluria 10 cm ja vapauta se.
- Käytä heijastusaikaa sekuntikellolla. Toista 5-10 kertaa.
- Lisää heiluriin raskaampi keula ja toista koe.
- Aika ja taajuus ovat täsmälleen samat! Tämä johtuu siitä, että painovoima vaikuttaa kaikkiin kuormiin samalla tavalla. Esimerkiksi kolikko ja tiili putoavat samalla nopeudella.
Vaihe 3. Muuta kuorman pudotuspaikkaa tutkiaksesi amplitudia
Kun vedät narua korkeammalle, olet lisännyt heilurin amplitudia tai korkeutta. Muuttaako tämä kuitenkin sitä, kuinka nopeasti heiluri palaa käteen? Toista yllä oleva koe, mutta vedä heiluri tällä kertaa 20 senttimetrin päähän äläkä muuta kuormaa.
- Jos teit kaiken oikein, heilurin aika ei muutu.
- Amplitudin muuttaminen ei muuta taajuutta, mikä on hyödyllistä trigonometriassa, äänitieteessä ja monilla muilla aloilla.
Vaihe 4. Muuta köyden pituutta
Toista yllä oleva kokeilu, mutta sen sijaan, että muuttaisit painon lisäämistä tai kuinka korkealle pudotat sen, käytä lyhyempää tai pidempää köyttä.
Tällä kertaa huomaat varmasti muutokset. Itse asiassa merkkijonon pituuden muuttaminen on ainoa asia, joka muuttaa heilurin ajanjaksoa ja taajuutta
Vaihe 5. Lue lisää heilurifysiikasta ja opi hitaudesta, energiansiirrosta ja kiihtyvyydestä
Vanhemmille opiskelijoille tai fyysikoille pyrkiville heilurit ovat loistava tapa oppia kiihtyvyyden, kitkan ja trigonometrian välinen suhde. Hae”heiluriyhtälöitä” tai etsi omia kokeiluja niiden löytämiseksi. Muutamia kysymyksiä pohdittavaksi:
- Kuinka nopeasti bob liikkuu alimmillaan? Kuinka löydät bobin nopeuden jokaisessa pisteessä?
- Kuinka paljon liike -energiaa bobilla on heilurin missä tahansa kohdassa? Käytä apuna yhtälöä: Kineettinen energia = 0,5 x Bobin massa x Velocity2
- Kuinka voit ennustaa heilurin ajan merkkijonon pituuden perusteella?
Tapa 3/3: Heilurin käyttäminen mittausten tekemiseen
Vaihe 1. Säädä köyden pituus mitataksesi ajan
Vaikka köyden vetäminen taaksepäin ja kuorman muuttaminen ei voi muuttaa ajanjaksoa, köyden pidentäminen tai lyhentäminen voi muuttaa ajanjaksoa. Näin teet vanhan kellon - jos muutat heilurin pituutta täydellisesti, voit tehdä pisteen tai täyden vauhdin, joka kestää kaksi sekuntia. Laske kuukautisten määrä ja tiedät kuinka paljon aikaa on kulunut.
- Heilurikello on kiinnitetty vaihteeseen siten, että aina kun heiluri heilahtaa, kellon toinen käsi liikkuu.
- Heilurikellossa yhteen suuntaan heiluva paino tuottaa "rasti" ja kääntyy taaksepäin "koputuksen" tuottamiseksi.
Vaihe 2. Käytä heiluria mittaamaan lähellä olevia värähtelyjä, mukaan lukien maanjäristykset
Seismografia, kone, joka mittaa maanjäristysten voimakkuutta ja suuntaa, on monimutkainen heiluri, joka liikkuu vain maankuoren liikkuessa. Vaikka heilurin kalibrointi pelkästään levyteknologian mittaamiseksi on erittäin monimutkaista, voit muuttaa melkein minkä tahansa heilurin perusseismografiksi vain kynällä ja paperilla.
- Liimaa kynä tai lyijykynä heilurin lopussa olevaan painoon.
- Aseta paperi heilurin alle niin, että kynä koskettaa paperia ja tekee merkintöjä.
- Heiluta heiluria hellästi, mutta älä ravista narua. Mitä voimakkaammin heiluripuristinta ravistetaan, sitä suurempia jälkiä paperissa on. Tämä liittyy suurempaan "maanjäristykseen".
- Alkuperäisessä seismografissa oli pyörivä paperi, jotta voit nähdä maanjäristyksen voiman ajan mittaan.
- Heiluria on käytetty maanjäristysten mittaamiseen vuodesta 132 jKr Kiinassa.
Vaihe 3. Käytä erityistä heiluria nimeltä Foucaultin heiluri todistamaan maan pyöriminen
Vaikka nykyään ihmiset tietävät, että maa pyörii akselillaan, Foucaultin heiluri on varhaisin todiste tästä käsitteestä. Sen kopioimiseksi tarvitset suuren heilurin, jonka pituus on vähintään 4,9 metriä ja paino yli 11,3 kg, jotta ulkoiset muuttujat, kuten tuuli tai kitka, voidaan minimoida.
- Siirrä heiluria niin, että se voi heilua pitkään.
- Ajan myötä huomaat, että heiluri heiluu eri suuntaan kuin silloin, kun aloitit heilumisen.
- Tämä johtuu siitä, että heiluri liikkuu suorassa linjassa, kun alla oleva maa pyörii.
- Pohjoisella pallonpuoliskolla heiluri liikkuu myötäpäivään ja eteläisellä pallonpuoliskolla heiluri vastapäivään.
- Vaikka se on monimutkaista, voit käyttää Foucaultin heiluria laskea leveysaste trigonometrisillä yhtälöillä.
Vinkkejä
- Saatat tarvita kaksi ihmistä suorittamaan tämän kokeen tarkasti - yksi henkilö käyttää heiluria ja toinen henkilö, joka seuraa aikaa.
- Jos haluat tehdä tarkemman heilurin, käytä toista köyttä pitämään paino halutulla korkeudella. Polta köyden pää "pudottaaksesi" painon. Tämä estää sinua työntämästä painoa vahingossa eteenpäin tai sivulle, kun vapautat sen.
- Jotkut uskovat, että heilurilla on myös erityisiä jumalallisia voimia.
