Коливання та маятники
МАЯТНИК І ТРІХКОЛІСНИЙ ВЕЛОСИПЕД
Є у маятника ще одна цікава властивість. Воно нагадує вже відому тобі властивість дзиги. Дзига прагне зберегти напрямок осі обертання. А маятник прагне зберегти напрямок своїх коливань.
Щоб у цьому переконатись, можеш зробити кілька дослідів. Найпростіше, мабуть, досвід із триколісним велосипедом. Якщо маєш такий велосипед, поклади його набік. Одне із двох задніх коліс, яке виявиться нагорі, зможе вільно обертатися. До його обіду підвісь якийсь вантаж на нитці. Довжина нитки потрібна така, щоб кулька могла гойдатися, нізащо не чіпляючись.
Качни грузик і обережно, повільно повертай колесо, до якого він підвішений. Ти ясно побачиш, що напрям коливань грузика при цьому зберігається!
Цей досвід можна зробити і з стільцем, що обертається на гвинті. На таких стільцях або круглих табуретках сидять піаністи.
МАЯТНИК І ЗЕМНА КУЛЯ
Ти, звичайно, чув, що земна куля обертається.
Існує кілька доказів цього обертання. І одне з найнаочніших було знайдено французьким фізиком Фуко. У 1850 році він підвісив величезний маятник у паризькому Пантеоні - залі з дуже високим куполом. Довжина підвісу дорівнювала 67 м! І куля була дуже важка-28 кг. Адже маятник мав гойдатися багато годин поспіль. Якби він був легким, його незабаром зупинило б опір повітря.
Знизу до кулі приробили вістря, а на підлозі Пантеона насипали кільцем грядочку з піску. Маятник розгойдали. Вістря стало залишати на піску борозенки. І що ж? За кілька годин маятник креслив борозенки вже зовсім в іншій частині грядки.
Площина коливань маятника Фуко наче поверталася за годинниковою стрілкою! Насправді, звичайно, цяплощина зберігала колишнє положення. Оберталася наша планета. Вона повільно й велично поверталася проти годинникової стрілки, захоплюючи за собою Пантеон з його куполом і пісочною грядкою. І тільки маятнику цей рух Землі не міг передатися. Адже він був підвішений на гнучкому тросі! Досвід Фуко був повторений у Санкт-Петербурзі, у величезному Ісаакіївському соборі. Тобі, звичайно, не дозволять робити досліди у соборі. Але це не біда. Знаменитий досвід Фуко ти можеш повторити вдома, на кухонному столі. Яблуко або велику картоплину проткни тонкою лучинкою так, щоб кінчик вийшов назовні. До іншого кінця прив'яжи нитку. Вийде маятник.
Вільний кінець нитки прив'яжи до шпильки, застромленої в пробку. Встанови цю пробку на трьох вилках, встромлених у неї навскіс. Постав свій триніжок на тарілку і відрегулюй довжину нитки так, щоб нижній кінець лучини доходив майже до дна тарілки.
Біля країв тарілки насип дві грядочки з дрібної солі. Вони замінять пісок у досвіді Фуко. Качни тепер маятник. Промінь прокреслить сліди в грядках солі. При кожному хитанні маятника кінець лучинки проходитиме колишніми слідами.
Але наша скромна тарілка зображує земну кулю. Наслідуючи обертання Землі, почни тихо, без поштовхів повертати тарілку.
Дивись! Напрямок коливань маятника залишився тим самим. Він продовжує розгойдуватися все в тій же площині. І тому кінець тріски залишає нові сліди осторонь тих, що він креслив раніше.
ВЕСЕЛА ДУЕЛЬ
Це найвеселіший досвід із маятником. Вбий поруч два цвяхи. Два шматки досить жорсткого дроту зігніть під прямим кутом так, щоб на згині вийшло колечко. Кільця ці одягни на цвяхи. Нижні кінці дротів встромили в дві однакові картоплини. Проткни їх наскрізь і загни, щоб картоплини незісковзнули.
Якщо тепер хитнути праву картоплину, вона стукнеться об ліву і зупиниться. А її рух передасться лівою. Тепер уже ліва картоплина хитнеться, як маятник, потім повернеться і — трах! — удариться об праву. Так вони гойдатимуться по черзі доти, доки рух поступово не згасне.
Ти спитаєш, що тут веселого? Зараз побачиш. Виріж із щільного паперу фігурки двох фехтувальників і приклей їх до верхніх кінців дротів липким пластиром або клеєм. Тепер хитни одну з картоплин і милуйся веселою дуеллю. Паперові противники по черзі люто нападатимуть один на одного. Але жоден із їхніх випадів не досягне мети.
НЕЗВИЧАЙНИЙ МАЯТНИК
Це нехитрое пристосування не просто маятник, здатний довго розгойдуватися на краю столу, а й цікавий демонстраційний посібник. Тому що воно дозволяє наочно бачити, як змінюється рівновага залежно від положення центру тяжіння.
Деталей для нашого посібника знадобиться небагато. По-перше, знайдіть дві велосипедні спиці і зігніть кожну з них у вигляді великої літери Г. До кінця однієї зі спиць припаяйте тонкий штир і зміцніть на спиці над штирем фігурку, що сподобалася (її можна вирізати зі старого журналу і наклеїти на картон або намалювати самим на щільному папері). На кінці іншої спиці зміцніть свинцеву кульку - вона буде грузиком, що впливає на положення центру ваги нашого посібника.
Потім вставте кінці спиць, що залишилися, в невелику металеву трубку з бічним різьбовим отвором - в нього вверніть гайку-баранчик або гвинт з приклеєною до капелюшка ручкою. За допомогою гайки або гвинта спиці фіксують у трубці.
А тепер спробуйте поставити пристрій, що вийшов, на край столу. Переміщаючи спиці (і, звісно, закріплюючиїх) у трубці, а значить, змінюючи важіль маятника, ви зможете спостерігати за зміною положення фігурки.
Відрегулювавши важіль так, щоб фігурка знаходилася у вертикальному положенні, відведіть убік і відпустіть вантаж - маятник почне розгойдуватися.
Джерела: журн. "Кілюк"; "Привіт, фізика" Л. Гальперштейн