يتكون البندول من وزن معلق من قضيب أو حبل يتأرجح ذهابًا وإيابًا. البندولات شائعة في أجهزة ضبط الوقت مثل أجهزة القياس ، وساعات البندول ، ومقاييس الزلازل ، ومباخر البخور المتأرجحة ، ويمكن استخدامها لتوضيح المشكلات الفيزيائية المعقدة.
خطوة
طريقة 1 من 3: فهم البندول الأساسي
الخطوة 1. اعلم أن البندول عبارة عن ثقل معلق بحرية في نهاية الخيط
قبل أن تبدأ في استخدام البندول ، عليك أن تعرف ما هو البندول وكيف يعمل. لحسن الحظ ، فإن البندول ليس أكثر من وزن معلق يمكن أن يتأرجح ذهابًا وإيابًا. يتم ربط الحبل عند نقطة ثابتة بحيث يتحرك فقط الوزن والحبل.
- امسك طرف قلادة أو لعبة اليويو بين أصابعك وحرك "الوزن" في الأسفل. لقد صنعت بندولك الأول!
- مثال شائع على البندول هو وزن متأرجح كبير على ساعة بندول.
الخطوة الثانية: لاستخدام البندول ، اسحب الوزن للخلف ثم حرره
تأكد من إبقاء الحبل مشدودًا وإزالة الوزن دون دفعه. سوف يتأرجح الوزن ذهابًا وإيابًا ، ويعود إلى نفس الارتفاع تقريبًا كما كان عندما أسقطته.
- سيتأرجح البندول إلى الأبد إذا لم يبطئه شيء أو يغير اتجاهه.
- في الواقع ، ستعمل القوى الخارجية مثل الاحتكاك ومقاومة الهواء على إبطاء حركة البندول.
الخطوة الثالثة: اصنع بندولًا بسيطًا باستخدام خيط وبطارية وشريط قياس لفهمه بشكل أفضل
إذا كنت تتعلم من خلال الأنشطة العملية أو تريد تعليم الأطفال كيفية عمل البندول ، فيمكنك بناء بندول سريعًا لتجربته:
- اربط أحد طرفي الحبل بمركز شريط قياس أو عمود خشبي.
- اربط الطرف الآخر ببطارية أو حمولة صغيرة أخرى.
- قم بموازنة الخشب المقنن على ظهر كرسيين متساويين بحيث تتدلى البطارية بحرية بينهما ويمكن أن تتأرجح دون أن تصطدم بأي شيء.
- ارفع البطارية مع إبقاء الحبل مشدودًا ثم حرره بحيث يتأرجح للخلف وللأمام.
الخطوة 4. تحديد المفردات العلمية للبندول
كما هو الحال مع معظم الأنشطة العلمية ، لا يمكن فهم واستخدام البندول إلا إذا كنت تعرف الكلمات التي تصفها.
- السعة: أعلى نقطة يصل إليها البندول.
- بوب: اسم آخر للحمل على طرف البندول.
- حالة توازن: منتصف البندول. حيث يكون الحمل إذا كان لا يتحرك.
- تكرر: عدد المرات التي يتأرجح فيها البندول ذهابًا وإيابًا في وقت معين.
- فترة: مقدار الوقت الذي يستغرقه البندول المتحرك للعودة إلى نفس المكان.
طريقة 2 من 3: استخدام البندول لتدريس الفيزياء الأساسية
الخطوة الأولى: لاحظ أن تجارب البندول طريقة رائعة لتعليم المنهج العلمي
لطالما كانت الطريقة العلمية العمود الفقري للبحث العلمي منذ اليونان القديمة ، والبندول هو شيء يسهل تصنيعه ويعطي نتائج سريعة. عند إجراء أي من التجارب التالية ، خذ الوقت الكافي لصياغة فرضية ، وناقش المتغير الذي تختبره ، وقارن النتائج.
- جرب دائمًا ما يصل إلى 5-6 مرات لضمان اتساق نتائجك.
- تذكر أن تجرب تجربة واحدة فقط في كل مرة - وإلا فلن تعرف ما الذي يغير تأرجح البندول.
الخطوة 2. قم بتغيير الوزن في نهاية الحبل لتعليم الجاذبية
من أبسط الطرق للتعرف على تأثير الجاذبية من خلال البندول ، وقد تفاجأ بالنتائج. لمعرفة تأثير الجاذبية:
- اسحب البندول 10 سم ثم حرره.
- استخدم ساعة توقيت لتوقيت فترة البندول. كرر 5-10 مرات.
- أضف قطعة أثقل إلى البندول وكرر التجربة.
- ستكون الفترة والتكرار متماثلين تمامًا! هذا لأن الجاذبية تؤثر على جميع الأحمال بالتساوي. على سبيل المثال ، ستسقط قطعة نقود وطوب بنفس السرعة.
الخطوة 3. غيّر مكان إسقاط الحمل لدراسة السعة
عندما تسحب الخيط لأعلى ، فإنك تزيد من سعة أو ارتفاع البندول. ومع ذلك ، هل يغير ذلك من سرعة عودة البندول إلى يدك؟ كرر التجربة أعلاه ، ولكن هذه المرة اسحب البندول بعيدًا بمقدار 20 سم ولا تغير الحمل.
- إذا فعلت كل شيء بشكل صحيح ، فلن تتغير فترة البندول.
- لا يؤدي تغيير السعة إلى تغيير التردد ، وهي حقيقة ستكون مفيدة في علم المثلثات وعلم الصوت والعديد من المجالات الأخرى.
الخطوة 4. قم بتغيير طول الحبل
كرر التجربة أعلاه ، ولكن بدلاً من تغيير مقدار الوزن الذي تضيفه أو ارتفاعه ، استخدم حبلًا أقصر أو أطول.
هذه المرة ستلاحظ التغييرات بالتأكيد. في الواقع ، تغيير طول الوتر هو الشيء الوحيد الذي سيغير فترة وتكرار البندول
الخطوة 5. تعلم المزيد عن فيزياء البندول لتتعلم المزيد عن القصور الذاتي ، ونقل الطاقة ، والتسارع
لمزيد من الطلاب الكبار أو علماء الفيزياء الطموحين ، تعتبر البندول طريقة رائعة لتعلم العلاقة بين التسارع والاحتكاك وعلم المثلثات. ابحث عن "معادلات البندول" ، أو صمم تجاربك الخاصة للعثور عليها. بعض الأسئلة التي يجب وضعها في الاعتبار:
- ما مدى سرعة تحرك بوب عند أدنى نقطة له؟ كيف تجد سرعة البوب في كل نقطة؟
- ما مقدار الطاقة الحركية التي يمتلكها البوب في أي نقطة في البندول؟ كوسيلة مساعدة ، استخدم المعادلة: الطاقة الحركية = 0.5 × كتلة بوب × السرعة. السرعة2
- كيف يمكنك التنبؤ بفترة البندول بناءً على طول الخيط؟
طريقة 3 من 3: استخدام البندول لأخذ القياسات
الخطوة 1. اضبط طول الحبل لقياس الوقت
في حين أن سحب الحبل للخلف أكثر وتغيير الحمل لا يمكن أن يغير الفترة ، فإن إطالة أو تقصير الحبل يمكن أن يغير الفترة. هذه هي طريقة صنع ساعة قديمة - إذا قمت بتغيير طول البندول بشكل مثالي ، فيمكنك عمل فترة أو تأرجح كامل ، والذي يستغرق ثانيتين. احسب عدد الفترات وتعرف مقدار الوقت الذي مر.
- يتم توصيل ساعة البندول بالعتاد بحيث في كل مرة يتأرجح فيها البندول ، يتحرك عقرب الثواني على الساعة.
- في ساعة البندول ، ينتج الوزن الذي يتأرجح في اتجاه واحد "علامة" ويتأرجح للخلف لإصدار "دق".
الخطوة الثانية: استخدم البندول لقياس الاهتزازات القريبة ، بما في ذلك الزلازل
جهاز قياس الزلازل ، وهو آلة تقيس شدة واتجاه الزلازل ، هو بندول معقد لا يتحرك إلا عندما تتحرك قشرة الأرض. في حين أن معايرة البندول فقط لقياس تكتونية الصفائح أمر معقد للغاية ، يمكنك تحويل أي بندول تقريبًا إلى جهاز قياس زلازل أساسي باستخدام قلم وورقة فقط.
- ألصق قلمًا أو قلم رصاص بالثقل الموجود في نهاية البندول.
- ضع قطعة من الورق تحت البندول بحيث يلمس القلم الورقة ويضع العلامات.
- هزّ البندول برفق ، لكن لا تهز الخيط. كلما زادت قوتك في هز البندول ، زادت العلامات الموجودة على قطعة الورق. وهذا مرتبط بحدوث "زلزال" أكبر.
- كان جهاز قياس الزلازل الأصلي يحتوي على قطعة ورق دوارة حتى تتمكن من رؤية قوة الزلزال بمرور الوقت.
- يستخدم البندول لقياس الزلازل منذ عام 132 بعد الميلاد في الصين.
الخطوة الثالثة: استخدم بندول خاص يسمى بندول فوكو لإثبات أن الأرض تدور
على الرغم من أن الناس يعرفون اليوم أن الأرض تدور حول محورها ، فإن بندول فوكو هو أول دليل على هذا المفهوم. لتكرار ذلك ، ستحتاج إلى بندول كبير ، بطول 4.9 متر كحد أدنى ووزن يزيد عن 11.3 كجم ، لتقليل المتغيرات الخارجية مثل الرياح أو الاحتكاك.
- حرك البندول بطريقة يمكنها من التأرجح لفترة طويلة.
- مع مرور الوقت ، ستلاحظ أن البندول يتأرجح في اتجاه مختلف عما كان عليه عندما بدأت في التأرجح.
- يحدث هذا لأن البندول يتحرك في خط مستقيم بينما الأرض تحته تدور.
- في نصف الكرة الشمالي ، سيتحرك البندول في اتجاه عقارب الساعة وفي نصف الكرة الجنوبي سيتحرك البندول عكس اتجاه عقارب الساعة.
- على الرغم من أن الأمر معقد ، يمكنك استخدام بندول فوكو لحساب خط العرض باستخدام المعادلات المثلثية.
نصائح
- قد تحتاج إلى شخصين لإجراء هذه التجربة بدقة - أحدهما يستخدم البندول والآخر يتتبع الوقت.
- إذا كنت تريد عمل بندول أكثر دقة ، فاستخدم حبلًا آخر لتثبيت الوزن بالارتفاع المطلوب. احرق طرف الحبل "لإسقاط" الوزن. سيمنعك ذلك من دفع الوزن عن طريق الخطأ للأمام أو جانبًا عند تحريره.
- يعتقد بعض الناس أن للبندول أيضًا قوى إلهية خاصة.
