W przypadku eksperymentowania z wahadłami najistotniejszą rzeczą jest to, że okres wahania nie zależy od tego jak bardzo duże są wychylenia, ani też od masy wahadła. Okres wahadła zależy tylko i wyłącznie od długości, to jest odległości środka masy od osi obrotu. Można to sprawdzić w najprostszym eksperymencie przy użyciu np. masywnej kulki zawieszonej na lince lub sznurku. Im krótsza będzie ta linka, tym zaobserwujemy większą częstotliwość wahania.
Ale jeśli połączymy ze sobą kilka wahadeł i to o różnych długościach… zaczną się dziać bardzo ciekawe rzeczy. Zróbmy to więc!
ILUSTRACJE: Fotografie i filmy przedstawiające Wahadła Foucaulta (np. egzemplarze znajdujące się w CN Kopernik w Warszawie, CN Młyn Wiedzy w Toruniu i w kościele Św. Św. Piotra i Pawła w Krakowie).
EKSPONATY POKAZOWE i POMOCE NAUKOWE: modele wahadeł fizycznych z masą umocowaną na lince oraz na ramieniu sztywnym, działający zegar mechaniczny z wahadłem, model wahadła Foucaulta z ruchomą podstawą, model falownicy wahadłowej synchronicznej.
NARZĘDZIA: piła do drewna, wkrętak, wiertarka stołowa lub ręczna, wiertła śr. 1.3 mm, 1.5 mm, 2 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, nożyczki, nóż introligatorski, ołówek, linijka, szczypce uniwersalne
MATERIAŁY:
- listwa drewniana 10 x 50 mm, dł. 180 mm
- listwa drewniana 20 x 20 mm, dł. 200 mm
- pręt drewniany śr. 10 mm, dł. 255 mm
- patyczek od lodów dł. 132 mm
- gwóźdź 1.4 x 30 2 szt.
- śruba M4 x 10 z nakrętką 2 szt
. - podkładka M4 śr. 20 mm 2 szt.
- blachowkręt 4 x 15
- nakrętka M6
- podkładka M6
- wkręt do drewna 3.5 x 25
- rurka z tworzywa śr. wewn. 1.3 mm
- rurka z tworzywa śr. wewn. 1.5 mm
MONTAŻ:
1. Z listwy drewnianej 10 x 50 mm odciąć podstawę o dł. 180 mm.
2. Z listwy drewnianej 20 x 20 mm odciąć kolumnę wahadła o dł. 200 mm.
3. Z pręta drewnianego śr. 10 mm odciąć ramię główne wahadła o dł. 255 mm.
4. W podstawie nawiercić otwór śr. 3.5 mm umieszczony tak jak pokazuje ilustracja.
5. W kolumnie nawiercić otwór służący do przymocowania jej do podstawy wiertłem śr. 2 mm. W górnej części kolumny w odległości 10 mm od krótkiego boku nawiercić otwór wiertłem o śr. 1.3 mm.
6. Kolumnę przykręcić wkrętem 3.5 x 25 do podstawy.
7. W patyczku do lodów wywiercić otwory - do zamontowania osi wiertłem o śr. 1.5 mm a do przeciwwag na końcach wiertłem o śr. 4 mm.
8. W otwory o śr. 4 mm włożyć śruby M4 x 10 a po przeciwnej stronie patyczka podkładki M4 śr. 20 mm i dokręcić nakrętkami M4.
9. W ramieniu głównym wahadła wywiercić otwory - w osi symetrii wzdłuż średnicy, jeden w odległości 8 mm od końca (śr. 1.3 mm), drugi w odległości 89 mm od końca (śr. 1.5 mm), trzeci równolegle do podłużnej osi symetrii (śr. 3 mm).
10. Do otworu wywierconego w osi ramienia (śr. 3 mm) wkręcić blachowkręt 4 x 14 z podkładką M6 i nakrętką.
11. Połączyć ramię główne wahadła z ramieniem krótkim i zamontować układ na kolumnie przy pomocy gwoździ 1.4 x 30. Pomiędzy elementy włożyć podkładki dystansowe z rurek z tworzywa.
Doświadczenia z wahadłem chaotycznym polegają w głównej mierze na wprawianiu w ruch ramion modelu i obserwowaniu zachowania urządzenia. Różne długości ramion (proszę się zastanowić ile tak naprawdę różnych wahadeł zestawiliśmy w tym modelu?) wymuszają drgania o różnych częstotliwościach, co wpływa na chaotyczną i pozornie nieskoordynowaną pracę urządzenia.
Można też próbować wprawiać w ruch ramiona modelu bez ich dotykania a tylko poprzez rytmiczne przesuwanie modelu po np. powierzchni stołu i przytrzymywanego za podstawę. Jak wtedy częstotliwość takich drgań wpływa na drgania wahadeł? Czy można wykonać to doświadczenie tak aby pod działaniem drgań wzbudzających zareagowało tylko jedno ramię przyrządu?
Ale jeśli połączymy ze sobą kilka wahadeł i to o różnych długościach… zaczną się dziać bardzo ciekawe rzeczy. Zróbmy to więc!
ILUSTRACJE: Fotografie i filmy przedstawiające Wahadła Foucaulta (np. egzemplarze znajdujące się w CN Kopernik w Warszawie, CN Młyn Wiedzy w Toruniu i w kościele Św. Św. Piotra i Pawła w Krakowie).
EKSPONATY POKAZOWE i POMOCE NAUKOWE: modele wahadeł fizycznych z masą umocowaną na lince oraz na ramieniu sztywnym, działający zegar mechaniczny z wahadłem, model wahadła Foucaulta z ruchomą podstawą, model falownicy wahadłowej synchronicznej.
NARZĘDZIA: piła do drewna, wkrętak, wiertarka stołowa lub ręczna, wiertła śr. 1.3 mm, 1.5 mm, 2 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, nożyczki, nóż introligatorski, ołówek, linijka, szczypce uniwersalne
MATERIAŁY:
- listwa drewniana 10 x 50 mm, dł. 180 mm
- listwa drewniana 20 x 20 mm, dł. 200 mm
- pręt drewniany śr. 10 mm, dł. 255 mm
- patyczek od lodów dł. 132 mm
- gwóźdź 1.4 x 30 2 szt.
- śruba M4 x 10 z nakrętką 2 szt
. - podkładka M4 śr. 20 mm 2 szt.
- blachowkręt 4 x 15
- nakrętka M6
- podkładka M6
- wkręt do drewna 3.5 x 25
- rurka z tworzywa śr. wewn. 1.3 mm
- rurka z tworzywa śr. wewn. 1.5 mm
MONTAŻ:
1. Z listwy drewnianej 10 x 50 mm odciąć podstawę o dł. 180 mm.
2. Z listwy drewnianej 20 x 20 mm odciąć kolumnę wahadła o dł. 200 mm.
3. Z pręta drewnianego śr. 10 mm odciąć ramię główne wahadła o dł. 255 mm.
4. W podstawie nawiercić otwór śr. 3.5 mm umieszczony tak jak pokazuje ilustracja.
5. W kolumnie nawiercić otwór służący do przymocowania jej do podstawy wiertłem śr. 2 mm. W górnej części kolumny w odległości 10 mm od krótkiego boku nawiercić otwór wiertłem o śr. 1.3 mm.
6. Kolumnę przykręcić wkrętem 3.5 x 25 do podstawy.
7. W patyczku do lodów wywiercić otwory - do zamontowania osi wiertłem o śr. 1.5 mm a do przeciwwag na końcach wiertłem o śr. 4 mm.
8. W otwory o śr. 4 mm włożyć śruby M4 x 10 a po przeciwnej stronie patyczka podkładki M4 śr. 20 mm i dokręcić nakrętkami M4.
9. W ramieniu głównym wahadła wywiercić otwory - w osi symetrii wzdłuż średnicy, jeden w odległości 8 mm od końca (śr. 1.3 mm), drugi w odległości 89 mm od końca (śr. 1.5 mm), trzeci równolegle do podłużnej osi symetrii (śr. 3 mm).
10. Do otworu wywierconego w osi ramienia (śr. 3 mm) wkręcić blachowkręt 4 x 14 z podkładką M6 i nakrętką.
11. Połączyć ramię główne wahadła z ramieniem krótkim i zamontować układ na kolumnie przy pomocy gwoździ 1.4 x 30. Pomiędzy elementy włożyć podkładki dystansowe z rurek z tworzywa.
Doświadczenia z wahadłem chaotycznym polegają w głównej mierze na wprawianiu w ruch ramion modelu i obserwowaniu zachowania urządzenia. Różne długości ramion (proszę się zastanowić ile tak naprawdę różnych wahadeł zestawiliśmy w tym modelu?) wymuszają drgania o różnych częstotliwościach, co wpływa na chaotyczną i pozornie nieskoordynowaną pracę urządzenia.
Można też próbować wprawiać w ruch ramiona modelu bez ich dotykania a tylko poprzez rytmiczne przesuwanie modelu po np. powierzchni stołu i przytrzymywanego za podstawę. Jak wtedy częstotliwość takich drgań wpływa na drgania wahadeł? Czy można wykonać to doświadczenie tak aby pod działaniem drgań wzbudzających zareagowało tylko jedno ramię przyrządu?
