Studujeme kyvadlo - amplitudu oscilací

Mezi "věčnými" tématy školního učiva o fyzice je část "váhání" možná nej nostalgičtější - vždycky si ji pamatuje nějaký druh teplého smutku. Je nepravděpodobné, že alespoň někdo, kdo si vzpomíná na toto téma, nevidí v první řadě klíšťátko, klíšťata ... kyvadlo - "nejzávažnější" zařízení z místnosti fyziky. Je pravda, že laboratorní kyvadlové body "neškrtí", ale jejich klasický středověký vzhled je vždycky řečeno, kymácející se, jejich věčné klíšťata, tak, klíšťat ... "nemyslete na to, že o sekundách dolů". Úkolem těchto nenáročných zařízení je jasně ukázat, co to je - kolísání.

Známe svět a uvidíme, kolik tak jednoduchých a nekomplikovaných akcí kolem nás znamená. Oscilace je kyvadlem Foucault a hodiny, elektřina, rádio, televize, zvuk z reproduktoru a váš oblíbený mobilní telefon je celá kolekce oscilačních systémů. No, no, pamatujte si, co se učil ve škole - amplituda oscilací, vzorce, grafika. Takže váhání ... a co to je?

Všechno, co nás obklopuje, je "materiální body", které z nějakého důvodu nehynou. V tomto chaosu různých pohybů jsou oscilace proces, ve kterém se materiálový bod, někdy systém říká, vždy vrací do rovnovážné polohy, pokud se z něj opakovaně odchyluje. V tomto případě se velikost maximální odchylky od rovnovážného bodu nazývá amplituda kmitů. Nejlepším zařízením k prokázání mechanických kmitů je samozřejmě staré, pevné kyvadlo - zátěž (kulička, disk nebo tyč) zavěšená na závitech. Fix ji nehybně - a tady je stav rovnováhy. Vezměte náklad stranou a uvolněte to, co vidíte? Správně začne svůj "klepat": návrat do rovnovážné polohy, odchýlení se od druhé strany a opět návrat do rovnovážné polohy. Pokud kyvadlo nezasahuje, pak se bude neklidně odvrátit ... a tak nepřetržitě, zatímco v důsledku síly tření se stále nezastaví.

Stalo se tak, že každý objekt, který má hmotnost, rozměry a jiné charakteristické znaky, nutně obsahuje soubor vlastností, které jednoznačně popisují tento "materiálový bod", takže jeho chování z interakce s prostředím je předvídatelné, logické a srozumitelné. Tyto charakteristiky kyvadla jsou amplituda kmitů a období. Ostatní často používané parametry jsou odvozeny od původních, jsou jejich organickou částí (fáze) nebo výsledkem dodatečných výpočtů (frekvence).

Dalším krokem při studiu fascinujícího světa oscilací je nejjednodušší experiment určující parametry našeho objektu - kyvadlo. Přístroj kyvadla není nikde jednodušší-závit, míč, bod zavěšení. A jak najít amplitudu oscilací takového kyvadla? Je to tak jednoduché, že taková zkušenost, jak se říká, a v kuchyni lze udělat. Všechno je snadné (v určitých mezích). Počáteční úloha: ze stropu je zavěšeno kyvadlo - kovový disk na závitu. Máme zájem o odchylku disku z rovnovážné polohy. S pevným kyvadlem označíme rovnovážný bod na stěně nebo na papírovou obrazovku instalovanou za ním. Zatlačte disk. Kyvadlo začne oscilovat a stín z disku "nakreslí" trajektorii na obrazovce. Pohybem hůlky (můžete tužkou) na obrazovce najdeme poslední bod, kdy stín s oscilací v krajním bodě zavře náš ukazatel a udělá známku. Vzdálenost od rovnovážného bodu k značce bude amplituda kmitů kyvadla. Není to těžké? A kdo by pochyboval.

Samozřejmě můžete "modernizovat" experiment s elektronickými přístroji s fotosenzory nebo používat laserové dálkoměry, měřit přesné lákavé číslo za desetinnou čárkou, ale nic nemůže změnit jeho podstatu - provádí se měření největší odchylky kyvadla od rovnovážné polohy. Amplituda se měří. V experimentu, který jsme provedli, je snadné zjistit jedno "tajemství" kyvadla - jeho amplituda závisí pouze na počátečních podmínkách, tj. Ve skutečnosti ze síly prvního šoku, který narušil stav rovnováhy nebo počáteční energii přenášené na oscilační systém, když se kyvadlo odkloní od rovnovážné polohy.