Come Usare un Pendolo

Un pendolo consiste in una massa sospesa su un filo o un cavo che dondola avanti e indietro. I pendoli si trovano negli orologi antichi, nei metronomi, nei sismometri e in certi brucia incensi, e può essere usato per spiegare problemi complessi di fisica.

Metodo 1

Metodo 1 di 3:

Capire le Basi del Pendolo

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Un pendolo è una massa tenuta appesa all'estremità libera di un filo. Prima di iniziare a usare un pendolo, devi sapere cos'è e come funziona. Fortunatamente, un pendolo non è altro che una massa appesa in grado di dondolare avanti e indietro. Il filo è attaccato a un punto fisso in modo che siano solo la massa e il filo a muoversi.
- Tieni l'estremità superiore di una collana con pendente o di uno yo-yo tra le dita e sposta la "massa" che si trova in fondo. Hai creato il tuo primo pendolo!
- Un esempio comune di pendolo è quello presente nei vecchi orologi a parete.
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Per usare un pendolo, afferra e tira la massa all'indietro e lasciala andare. Assicurati di tenere il filo a cui è appesa dritto e lasciala andare senza spingerla. La massa dondolerà avanti e indietro, tornando circa alla stessa altezza da cui l'hai fatta cadere.
- Un pendolo dondola in eterno se non interviene nulla per rallentarlo o cambiarne la direzione.
- In realtà, forze esterne come la frizione e la resistenza dell'aria finiscono per rallentare un pendolo.
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Costruisci un semplice pendolo con un filo, una batteria e un rametto per capire meglio. Se vuoi imparare delle attività pratiche o vuoi insegnare a dei bambini come funzionano i pendoli, puoi costruire rapidamente un pendolo con cui fare esperimenti:
- Lega una delle estremità di un filo a circa metà di un ramo o di un bastoncino.
- Lega l'altra estremità a una batteria o a un altro piccolo peso.
- Metti in bilico il ramo tra due sedie uguali in modo che la batteria resti appesa liberamente tra loro e possa dondolare senza colpire nulla.
- Prendi la batteria, tenendo il filo teso, e lasciala andare in modo che dondoli avanti e indietro.
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Impara i termini scientifici per i pendoli. Come per molte attività scientifiche, è possibile capire e usare i pendoli solo sapendo le parole che li descrivono.
- Ampiezza: il punto più alto raggiunto dal pendolo.
- Peso: un altro nome per la massa che si trova nella parte inferiore del pendolo.
- Equilibrio: il punto centrale di un pendolo; dove si trova il peso quando non è in movimento.
- Frequenza: il numero di volte in cui il pendolo dondola avanti e indietro in un certo periodo di tempo.
- Periodo: la quantità di tempo che occorre al pendolo per tornare nello stesso punto.
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Metodo 2

Metodo 2 di 3:

Usare i Pendoli per Insegnare le Basi della Fisica

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Gli esperimenti con i pendoli sono un ottimo modo per insegnare il metodo scientifico. Il metodo scientifico è la base della ricerca scientifica sin dai tempi degli antichi greci, e i pendoli sono facili da costruire e mostrano risultati istantanei. Quando condurrai uno qualunque degli esperimenti che seguono, concedi del tempo per formulare un'ipotesi, parlare delle variabili che stai provando e confrontare i risultati.
- Esegui sempre gli esperimenti 5-6 volte per assicurarti che i risultati siano coerenti.
- Ricordati di seguire un esperimento alla volta-- altrimenti non saprai cosa abbia cambiato il moto del pendolo.
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Cambia il peso nella parte inferiore del filo per insegnare la gravità. Uno dei modi più semplici per imparare gli effetti della gravità è tramite un pendolo, e i risultati potrebbero sorprenderti. Per vedere gli effetti della gravità:
- Tira il pendolo per 10 centimetri e poi lascialo andare.
- Usa un cronometro per misurare il periodo del pendolo. Ripeti 5-10 volte.
- Aggiungi un peso più consistente al pendolo e ripeti l'esperimento.
- Il periodo e la frequenza saranno esattamente gli stessi! Questo perché la gravità influisce in modo eguale su tutti i pesi. Una monetina e un mattone, per esempio, cadono alla stessa velocità.
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Cambiare dove lasci andare il peso aiuta a spiegare l'ampiezza. Quando tendi il filo più in alto, hai aumentato l'ampiezza, o il punto più alto, del pendolo. Ma questo influisce su quanto più in fretta ritorni nella tua mano? Ripeti l'esperimento qui sopra, ma tira indietro il pendolo di 20 centimetri invece di cambiare il peso.
- Se hai fatto tutto nel modo corretto, il periodo del pendolo non cambierà.
- Cambierà l'ampiezza ma non la frequenza, una nozione che torna utile in trigonometria, nello studio del suono e in molti altri campi.
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Cambia la lunghezza del filo. Ripeti l'esperimento qui sopra, ma invece di cambiare il peso o l'altezza da cui lo lasci cadere, usa un filo più corto o più lungo.
- Questa volta di certo noterai un cambiamento. Infatti, cambiare la lunghezza del filo è l'unico modo per cambiare periodo e frequenza di un pendolo.
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Approfondisci la fisica del pendolo per imparare di inerzia, trasferimento dell'energia e accelerazione. Per studenti più avanzati o aspiranti fisici, i pendoli sono un ottimo modo per imparare la relazione tra accelerazione, frizione e trigonometria. Cerca le "equazioni del moto del pendolo," o crea i tuoi esperimenti per scoprirle. Alcune domande da tenere in considerazione:
- Quando veloce si muove il peso al suo punto più basso? Come si rileva la velocità del peso in qualunque punto?
- Quanta energia cinetica possiede il peso nel pendolo in qualunque momento? Per aiutarti, usa l'equazione: Energia cinetica' = .5 x Massa del peso x Velocità²
- Come puoi prevedere il periodo di un pendolo basandoti sulla lunghezza del filo?
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Metodo 3

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Usare i Pendoli per Prendere delle Misure

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Adatta la lunghezza del filo per misurare il tempo. Quando tiri il filo più lontano e cambi il peso, non influisci sul periodo, ma accorciando o allungando il filo sì. Ecco com'erano fatto i vecchi orologi-- se cambi la lunghezza del pendolo in modo perfetto puoi creare un periodo, o un dondolio completo, di due secondi. Conta il numero dei periodi e sai quanto tempo sia passato.
- Gli orologi a pendolo sono attaccati a degli ingranaggi in modo che a ogni moto del pendolo la lancetta dei secondi dell'orologio si muova.
- In un orologio antico, il peso che dondola da un lato crea il "tic" e il ritorno crea il "toc."
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Usa il pendolo per misurare le vibrazioni vicine, compresi i terremoti. I sismografi, le macchine che misurano l'intensità e la direzione dei terremoti, sono pendoli complessi che si muovono solo quando si muove la crosta terrestre. Sebbene calibrare un pendolo in modo che misuri solo il movimento delle placche tettoniche è decisamente complicato, puoi trasformare quasi ogni pendolo in un semplice sismografo usando una penna e della carta.
- Attacca una penna o una matita al peso nella parte inferiore del pendolo.
- Metti un pezzo di carta sotto il pendolo in modo che la penna o la matita la tocchino lasciando un segno.
- Scuoti dolcemente il pendolo, non il filo. Più scuoti il pendolo, più ampi saranno i segni lasciati sul foglio. Questo corrisponde a un grosso "terremoto."
- I veri sismografi hanno un pezzo di carta rotante in modo da mostrare la potenza del terremoto nel tempo.
- I pendoli venivano usati per misurare i terremoti già nella Cina del 132 AC.
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Usa un pendolo speciale detto di Foucault per dimostrare la rotazione della Terra. Sebbene si sapesse come la Terra ruoti sul proprio asse, il pendolo di Foucault fu una delle prime prove tangibili di questo concetto. Per riprodurlo ti servirà un grosso pendolo, di almeno 5 metri con un peso di oltre 9 chili, per minimizzare le variabili esterne come il vento e la frizione.
- Metti in moto il pendolo, muovendolo abbastanza perché possa dondolare per molto tempo.
- Con il passare del tempo, noterai come il pendolo dondoli in una direzione diversa da quella iniziale.
- Ciò accade perché il pendolo si muove in linea retta mentre la Terra sotto di lui sta girando.
- Nell'emisfero nord il pendolo si sposterà in senso orario, in quello sud si sposterà in senso anti-orario.
- Sebbene sia complicato, puoi usare il pendolo di Foucault per calcolare la tua latitudine usando un'equazione trigonometrica.
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Consigli

Potrebbero servirti altre due persone per eseguire questi esperimenti in modo accurato -- una che usi il pendolo e l'altra che misuri il tempo.
Se vuoi creare un pendolo più accurato, usa un altro filo per mantenere il peso all'altezza desiderata. Brucia la fine del filo per far "cadere" il peso. Questo evita che tu spinga per sbaglio il peso in avanti o di lato quando lo lasci andare.
Alcuni credono che il pendolo abbia anche poteri speciali di divinazione.