Класс!ная физика



Колебания и маятники. Опыты

11.2016


МАЯТНИК И ТРЕХКОЛЕСНЫЙ ВЕЛОСИПЕД

Есть у маятника еще одно интересное свойство. Оно напоминает уже известное тебе свойство волчка. Волчок стремится сохранить направление оси вращения. А маятник стремится сохранить направление своих колебаний.

Чтобы в этом убедиться, можешь сделать несколько опытов. Проще всего, пожалуй, опыт с трехколесным велосипедом. Если есть у тебя такой велосипед, положи его набок. Одно из двух задних колес, которое окажется наверху, сможет свободно вращаться. К его ободу подвесь какой-нибудь грузик на нитке. Длина нитки нужна такая, чтобы шарик мог качаться, ни за что не цепляясь.

Качни грузик и осторожно, медленно поворачивай колесо, к которому он подвешен. Ты ясно увидишь, что направление колебаний грузика при этом сохраняется!

Этот опыт можно сделать и с вращающимся на винте стулом. На таких стульях или же круглых табуретках сидят пианисты.

МАЯТНИК И ЗЕМНОЙ ШАР

Ты, конечно, слышал, что земной шар вращается. Есть несколько доказательств этого вращения. И одно из самых наглядных было найдено французским физиком Фуко. В 1850 году он подвесил огромный маятник в парижском Пантеоне —зале с очень высоким куполом. Длина подвеса была равна 67 м! И шар был очень тяжелый—28 кг. Ведь маятник должен был качаться много часов подряд. Если бы он был легким, его скоро остановило бы сопротивление воздуха.

Снизу к шару приделали острие, а на полу Пантеона насыпали кольцом грядочку из песка. Маятник раскачали. Острие стало оставлять на песке бороздки. И что же? Через несколько часов маятник чертил бороздки уже совсем в другой части грядочки.

Плоскость колебаний маятника Фуко словно поворачивалась по часо­вой стрелке!
На самом деле, конечно, эта плоскость сохраняла прежнее положение. Вращалась наша планета. Она медленно и величественно поворачивалась против часовой стрелки, увлекая за собой и Пантеон с его куполом и песочной грядкой. И только маятнику это движение Земли не могло передаться. Он ведь был подвешен на гибком тросе! Опыт Фуко был повторен в Санкт-Петербурге, в огромном Исаакиевском соборе. Тебе, конечно, не разрешат делать опыты в соборе. Но это не беда. Знаменитый опыт Фуко ты можешь повторить у себя дома, на кухонном столе.
Яблоко или крупную картофелину проткни тонкой лучинкой так, чтобы кончик вышел наружу. К другому концу привяжи нитку. Получится маятник.

Свободный конец нитки привяжи к булавке, воткнутой в пробку. Установи эту пробку на трех вилках, воткнутых в нее наискось. Поставь свой треножник на тарелку и отрегулируй длину нитки так, чтобы нижний конец лучинки доходил почти до дна тарелки.

У краев тарелки насыпь две грядочки из мелкой соли. Они заменят песок в опыте Фуко.
Качни теперь маятник. Лучина прочертит следы в грядках соли. При каждом качании маятника конец лучинки будет проходить по прежним следам.

Но наша скромная тарелка изображает земной шар. Подражая вращению Земли, начни тихо, без толчков поворачивать тарелку.

Гляди!
Направление колебаний маятника осталось прежним. Он продолжает раскачиваться все в той же плоскости. И поэтому конец щепки оставляет новые следы в стороне от тех, что он чертил прежде.

ВЕСЕЛАЯ ДУЭЛЬ

Это самый веселый опыт с маятником. Вбей рядом два гвоздя. Два куска достаточно жесткой проволоки согни под прямым углом так, чтобы на сгибе получилось колечко. Колечки эти надень на гвозди. Нижние концы проволок воткни в две одинаковые картофелины. Проткни их насквозь и загни, чтобы картофелины не соскользнули.

Если теперь качнуть правую картофелину, она стукнется о левую и остановится. А ее движение передастся левой. Теперь уже левая картофелина качнется, как маятник, потом вернется и —трах!— ударится о правую. Так они будут качаться по очереди до тех пор, пока движение постепенно не затухнет.

Ты спросишь, что же здесь веселого?
Сейчас увидишь. Вырежь из плотной бумаги фигурки двух фехтовальщиков и приклей их к верхним концам проволок липким пластырем или клеем. Теперь качни одну из картофелин и любуйся веселой дуэлью. Бумажные противники будут по очереди яростно нападать друг на друга. Но ни один из их выпадов не достигнет цели.

НЕОБЫЧНЫЙ МАЯТНИК

Это нехитрое приспособление не просто маятник, способный долго раскачиваться на краю стола, но и интересное демонстрационное пособие. Потому что оно позволяет наглядно видеть, как изменяется равновесие в зависимости от положения центра тяжести.

Деталей для нашего пособия понадобится немного. Во-первых, найдите две велосипедные спицы и изогните каждую из них в виде заглавной буквы Г. К концу одной из спиц припаяйте тонкий штырь и укрепите на спице над штырем понравившуюся фигурку (ее можно вырезать из старого журнала и наклеить на картон либо нарисовать самим на плотной бумаге). На конце другой спицы укрепите свинцовый шарик — он будет служить грузиком, влияющим на положение центра тяжести нашего пособия.

Затем вставьте оставшиеся концы спиц в небольшую металлическую трубку с боковым резьбовым отверстием — в него вверните гайку-барашек или винт с приклеенной к шляпке ручкой. С помощью гайки или винта спицы фиксируют в трубке.

А теперь попробуйте поставить получившееся устройство на край стола. Перемещая спицы (и, конечно, закрепляя их) в трубке, а значит, изменяя рычаг маятника, вы сможете наблюдать за изменением положения фигурки.

Отрегулировав рычаг так, чтобы фигурка находилась в вертикальном положении, отведите в сторону и отпустите грузик — маятник начнет раскачиваться.


Источники: журн. "Мастерок"; "Здравствуй, физика" Л. Гальперштейн





Устали? - Отдыхаем!

Вверх