Studujeme kyvadlo - amplitudu oscilací

Mezi „věčného“ v pořádku „kolísání“ části školy pro programu Fyzika je možná nejvíce nostalgický - pro něj vždy mít na paměti s nějakým teplým smutku. Je nepravděpodobné, že ještě někdo, s odkazem na předmět nevidí, v první řadě, tik-tak, tik- takhellip- kyvadlového - „vážnost“ jednotky ze skříně fyziky. Nicméně laboratorní kyvadlo „tikají“, ale jeho klasické středověké pohledy vždycky říci, houpací, jeho věčný tick-tock, tik- takhellip- „nemyslím sekund dolů.“ Úkolem těchto nenáročných zařízení je jasně ukázat, co to je - fluktuace.

Známe svět a uvidíme, kolik takové jednoduché a nekomplikované akce znamená kolem nás. Wobble je a Foucaultovo kyvadlo, hodinky a elektřinu, rádio, televizi, zvuk z reproduktoru a váš oblíbený mobilní telefon je celá kolekce oscilačních systémů. No, dobře, pamatujme si, co se učil ve škole - amplituda oscilací, vzorce, grafika. Takže váhání - co to je?

Všechno, co nás obklopuje, je "materiální body", které z nějakého důvodu nehynou. V tomto chaosu nejrůznějších pohybů jsou vibracemi procesem, kterým se materiálový bod, někdy se systém říká, že se vždy vrátí do rovnovážné polohy, pokud se z něj opakovaně odchyluje. V tomto případě se velikost maximální odchylky od rovnovážného bodu nazývá amplituda kmitů. Nejlepší zařízení pro demonstraci mechanické vibrace, Samozřejmě existuje staré, kyvné kyvadlo - zátěž (kulička, disk nebo tyč) zavěšená na řetězec. 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 neinterferuje, pak se, neklidný, opět odchyluje na stranu hellpherinu - a tak nepřetržitě, dokud, kvůli síla tření, stále se nezastaví.

To jen tak se stalo, že každý předmět má hmotnost, velikost a další vlastnosti, musí obsahovat sadu funkcí, které mohou být jednoznačně popsat tento „materiál bod“ tak, že jeho chování z interakce s prostředím byla předvídatelná, logické a pochopitelné. Tyto charakteristiky kyvadla jsou amplituda kmitů a období. Další běžně používané parametry - deriváty originálu, které jsou nedílnou součástí z nich (fáze) nebo v důsledku další výpočty (frekvence).

Dalším krokem při studiu fascinujícího světa oscilací je nejjednodušší experiment určující parametry našeho objektu - kyvadlo. Přístroj kyvadla není nikde jednodušší nit, kulička, 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 úkol: ze stropu je zavěšeno kyvadlo - kovový disk na závitu. Máme zájem o odchylku disku z rovnovážné polohy. Když je kyvadlo stacionární, označíme rovnovážný bod na stěně nebo na papírové obrazovce instalované 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 bodu rovnováhy k značce bude amplituda kmitů kyvadla. Není to těžké? A kdo by pochyboval.

Samozřejmě můžete "modernizovat" experiment pomocí elektronických zvonů a píšťalků s fotosenzory nebo pomocí laseru dálkoměry, měřit přesnost nějaké lákavé postavy za desetinnou čárkou, ale nic nemůže změnit její podstatu - bylo provedeno 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 od síly prvního šoku, který narušil stav rovnováhy nebo počáteční energii přenášené na oscilační systém, když je kyvadlo vychýleno nějakým úhlem od rovnovážné polohy.