Ein Pendel besteht aus einem Gewicht, das an einer Stange oder einem Seil hängt und hin und her schwingt. Pendel sind in Zeitmessern wie Metronomen, Pendeluhren, Seismometern und Schwingräucherbrennern üblich und können zur Veranschaulichung komplexer physikalischer Probleme verwendet werden.
Schritt
Methode 1 von 3: Das grundlegende Pendel verstehen
Schritt 1. Wisse, dass ein Pendel ein Gewicht ist, das frei am Ende der Schnur hängt
Bevor Sie ein Pendel verwenden, müssen Sie wissen, was ein Pendel ist und wie es funktioniert. Glücklicherweise ist ein Pendel nichts anderes als ein hängendes Gewicht, das hin und her schwingen kann. Das Seil wird an einem festen Punkt gebunden, sodass sich nur das Gewicht und das Seil bewegen.
- Halten Sie das Ende einer Anhängerkette oder eines Yo-Yo-Spielzeugs zwischen Ihren Fingern und bewegen Sie das "Gewicht" nach unten. Sie haben Ihr erstes Pendel gemacht!
- Ein gängiges Beispiel für ein Pendel ist ein großes schwingendes Gewicht auf einer Pendeluhr.
Schritt 2. Um ein Pendel zu verwenden, ziehen Sie das Gewicht zurück und lassen Sie es dann los
Stellen Sie sicher, dass Sie das Seil straff halten und das Gewicht entfernen, ohne es zu drücken. Das Gewicht schwingt hin und her und kehrt fast auf die gleiche Höhe zurück wie beim Fallenlassen.
- Das Pendel wird ewig schwingen, wenn nichts es verlangsamt oder seine Richtung ändert.
- Tatsächlich bremsen äußere Kräfte wie Reibung und Luftwiderstand das Pendel.
Schritt 3. Machen Sie ein einfaches Pendel mit einer Schnur, einer Batterie und einem Maßband, um es besser zu verstehen
Wenn Sie durch praktische Aktivitäten lernen oder Kindern beibringen möchten, wie ein Pendel funktioniert, können Sie schnell ein Pendel bauen, mit dem Sie experimentieren können:
- Binde ein Ende des Seils in die Mitte eines Holzmaßbandes oder einer Stange.
- Binden Sie das andere Ende an eine Batterie oder eine andere kleine Last.
- Balancieren Sie das dosierte Holz auf den Lehnen von zwei gleichen Stühlen, so dass die Batterie frei zwischen ihnen hängt und schwingen kann, ohne etwas anzustoßen.
- Heben Sie die Batterie an, halten Sie das Seil straff und lassen Sie sie los, damit sie hin und her schwingt.
Schritt 4. Identifizieren Sie das wissenschaftliche Vokabular für das Pendel
Wie bei den meisten wissenschaftlichen Aktivitäten ist das Verständnis und die Verwendung eines Pendels nur möglich, wenn Sie die Worte kennen, die es beschreiben.
- Amplitude: Der höchste Punkt, den das Pendel erreicht.
- Bob: Ein anderer Name für die Last an der Pendelspitze.
- Gleichgewicht: Mittelpunkt des Pendels; wo die Last ist, wenn sie sich nicht bewegt.
- Frequenz: Die Häufigkeit, mit der das Pendel in einer bestimmten Zeit hin und her schwingt.
- Zeitraum: Die Zeit, die ein sich bewegendes Pendel benötigt, um an dieselbe Stelle zurückzukehren.
Methode 2 von 3: Verwenden eines Pendels, um grundlegende Physik zu unterrichten
Schritt 1. Beachten Sie, dass Pendelexperimente eine großartige Möglichkeit sind, die wissenschaftliche Methode zu lehren
Die wissenschaftliche Methode ist seit dem antiken Griechenland das Rückgrat der wissenschaftlichen Forschung, und das Pendel ist ein leicht herzustellender Gegenstand, der schnell Ergebnisse liefert. Nehmen Sie sich bei der Durchführung eines der folgenden Experimente Zeit, um eine Hypothese zu formulieren, zu besprechen, welche Variable Sie testen und vergleichen Sie die Ergebnisse.
- Experimentieren Sie immer bis zu 5-6 Mal, um die Konsistenz Ihrer Ergebnisse sicherzustellen.
- Denken Sie daran, immer nur ein Experiment gleichzeitig durchzuführen - sonst wissen Sie nicht, was die Schwingung des Pendels verändert.
Schritt 2. Ändern Sie das Gewicht am Ende des Seils, um die Schwerkraft zu lehren
Eine der einfachsten Möglichkeiten, die Wirkung der Schwerkraft kennenzulernen, ist ein Pendel, und Sie werden von den Ergebnissen überrascht sein. Um die Wirkung der Schwerkraft zu sehen:
- Ziehen Sie das Pendel 10 cm und lassen Sie es los.
- Verwenden Sie eine Stoppuhr, um die Pendelperiode zu messen. 5-10 mal wiederholen.
- Fügen Sie dem Pendel einen schwereren Bob hinzu und wiederholen Sie das Experiment.
- Die Periode und Frequenz sind genau gleich! Dies liegt daran, dass die Schwerkraft alle Lasten gleichermaßen beeinflusst. Zum Beispiel fallen eine Münze und ein Stein mit der gleichen Geschwindigkeit.
Schritt 3. Ändern Sie die Stelle, an der Sie die Last fallen lassen, um die Amplitude zu untersuchen
Wenn Sie die Schnur höher ziehen, haben Sie die Amplitude oder Höhe des Pendels erhöht. Ändert das jedoch, wie schnell das Pendel in Ihre Hand zurückkehrt? Wiederholen Sie das obige Experiment, aber ziehen Sie das Pendel diesmal 20 Zentimeter weg und ändern Sie die Last nicht.
- Wenn Sie alles richtig gemacht haben, ändert sich die Periode des Pendels nicht.
- Eine Änderung der Amplitude ändert nicht die Frequenz, eine Tatsache, die sich in der Trigonometrie, der Klangwissenschaft und vielen anderen Bereichen als nützlich erweisen wird.
Schritt 4. Ändern Sie die Länge des Seils
Wiederholen Sie das obige Experiment, aber anstatt zu ändern, wie viel Gewicht Sie hinzufügen oder wie hoch Sie es fallen lassen, verwenden Sie ein kürzeres oder längeres Seil.
Diesmal werden Sie die Veränderungen auf jeden Fall bemerken. Tatsächlich ist die Änderung der Länge der Saite das einzige, was die Periode und Frequenz des Pendels ändert
Schritt 5. Erfahren Sie mehr über Pendelphysik, um mehr über Trägheit, Energieübertragung und Beschleunigung zu erfahren
Für ältere Studenten oder angehende Physiker sind Pendel eine großartige Möglichkeit, den Zusammenhang zwischen Beschleunigung, Reibung und Trigonometrie zu lernen. Suchen Sie nach „Pendelgleichungen“oder entwerfen Sie Ihre eigenen Experimente, um sie zu finden. Einige Fragen, die es zu berücksichtigen gilt:
- Wie schnell bewegt sich Bob an seinem tiefsten Punkt? Wie finden Sie die Geschwindigkeit des Bobs an jedem Punkt?
- Wie viel kinetische Energie hat der Bob an irgendeiner Stelle des Pendels? Verwenden Sie als Hilfestellung die Gleichung: Kinetische Energie = 0,5 x Bobs Masse x Geschwindigkeit2
- Wie kann man die Periode eines Pendels anhand der Länge der Saite vorhersagen?
Methode 3 von 3: Messungen mit einem Pendel durchführen
Schritt 1. Passen Sie die Länge des Seils an, um die Zeit zu messen
Während das Zurückziehen des Seils und das Ändern der Last die Periode nicht ändern kann, kann das Verlängern oder Verkürzen des Seils die Periode ändern. So bauen Sie eine alte Uhr - wenn Sie die Länge des Pendels perfekt ändern, können Sie eine Periode oder einen vollen Schwung machen, was zwei Sekunden dauert. Zählen Sie die Anzahl der Perioden und Sie wissen, wie viel Zeit vergangen ist.
- Die Pendeluhr ist am Zahnrad befestigt, so dass sich der Sekundenzeiger der Uhr jedes Mal bewegt, wenn das Pendel schwingt.
- Bei einer Pendeluhr erzeugt ein Gewicht, das in eine Richtung schwingt, ein "Ticken" und schwingt zurück, um ein "Klopfen" zu erzeugen.
Schritt 2. Verwenden Sie Ihr Pendel, um Schwingungen in der Nähe zu messen, einschließlich Erdbeben
Ein Seismograph, eine Maschine, die die Intensität und Richtung von Erdbeben misst, ist ein komplexes Pendel, das sich nur bewegt, wenn sich die Erdkruste bewegt. Während die Kalibrierung eines Pendels nur zur Messung der Plattentektonik äußerst kompliziert ist, können Sie fast jedes Pendel mit nur Stift und Papier in einen einfachen Seismographen verwandeln.
- Kleben Sie einen Kugelschreiber oder Bleistift auf das Gewicht am Ende des Pendels.
- Legen Sie ein Blatt Papier unter das Pendel, so dass der Stift das Papier berührt und Markierungen macht.
- Schwingen Sie das Pendel sanft, aber schütteln Sie nicht die Saite. Je stärker Sie das Pendel schütteln, desto größer sind die Markierungen auf Ihrem Blatt Papier. Damit verbunden ist ein größeres „Erdbeben“.
- Der ursprüngliche Seismograph hatte ein rotierendes Blatt Papier, damit Sie die Stärke eines Erdbebens im Laufe der Zeit sehen konnten.
- Das Pendel wird seit 132 n. Chr. in China zur Messung von Erdbeben verwendet.
Schritt 3. Verwenden Sie ein spezielles Pendel namens Foucault's Pendulum, um zu beweisen, dass sich die Erde dreht
Obwohl die Menschen heute wissen, dass sich die Erde um ihre Achse dreht, ist Foucaults Pendel der früheste Beweis für dieses Konzept. Um es nachzubauen, benötigen Sie ein großes Pendel mit einer Mindestlänge von 4,9 Metern und einem Gewicht von über 11,3 kg, um externe Variablen wie Wind oder Reibung zu minimieren.
- Bewegen Sie das Pendel so, dass es lange schwingen kann.
- Im Laufe der Zeit werden Sie feststellen, dass das Pendel in eine andere Richtung schwingt als zu Beginn des Schwungs.
- Dies geschieht, weil sich das Pendel geradlinig bewegt, während sich die Erde darunter dreht.
- Auf der Nordhalbkugel bewegt sich das Pendel im Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn.
- Obwohl es kompliziert ist, können Sie das Foucaultsche Pendel verwenden, um den Breitengrad mithilfe trigonometrischer Gleichungen zu berechnen.
Tipps
- Möglicherweise benötigen Sie zwei Personen, um dieses Experiment genau durchzuführen - eine Person, die ein Pendel verwendet und die andere Person, die die Zeit verfolgt.
- Wenn Sie ein genaueres Pendel machen möchten, verwenden Sie ein anderes Seil, um das Gewicht in der gewünschten Höhe zu halten. Verbrennen Sie das Ende des Seils, um das Gewicht „fallen zu lassen“. Dadurch wird verhindert, dass Sie das Gewicht beim Loslassen versehentlich nach vorne oder zur Seite schieben.
- Manche Leute glauben, dass das Pendel auch besondere Wahrsagekräfte besitzt.
