简谐运动:摆

问题

使用两个钟摆观察能量被在一个系统中自由移动。

材料

• 几英尺的字符串
• 剪刀
• 权重可以与字符串(如沉重的垫圈或坚果)

过程

1. 减少字符串的长度几英尺长(约4到5英尺)。连接两端的天花板或底部table-any地方允许弦自由摇摆的循环。领带末端足够远所以大多数松弛部分的字符串,并确定弦的中点。
2. 减少两个相同长度的字符串,每个大约一英尺长。领带权重每个字符串的结束。系每一个松散的结束长,挂弦6英寸远离挂弦的中点。
3. 稳定权重这一切仍然是。采取的一个重量和把它向你几英寸,远离长字符串,然后轻轻放手。
4. 随着体重来回摆动,看其他的重量。你注意到什么?第二个体重移动吗?它的运动随时间变化吗?运动与第一个重量?第一个重量的运动发生了什么?
5. 简单地观察权重的运动几分钟。描述你所看到的。

结果

首先,第二个体重仍然是静止的而第一个体重来回摆动。慢慢地,第二个重量将开始行动;它的运动将对第一个重量。第二个重量的电弧摆动将得到更大的作为第一个重量的变小。最终,第二个重量将是唯一的重量摆动。如果你一直看,这个过程将逆转,直到第二个体重停止,所有的运动返回到第一个重量。

为什么?

这个实验表明能量之间来回转移钟摆。拉第一摆到你时,你把势能转化为系统:能量储存,但实际上并没有做任何事情。当你释放,势能迅速开始转换动能——能量运动重力拉弧的重量。底部的秋千,所有潜在的能量消失了;摆的能量完全动能。钟摆又开始爬,动能势能转换回开始,直到爬到它。这样的能量不断来回晃动在每个swing:潜在的转向动力学将回到潜力,一遍又一遍。

钟摆,像所有简单谐振子的示威者能量守恒:能量不能被创造或毁灭,只有转移。你最终得到的能量等于能量开始。但如果这是真的,第二个钟摆开始如何?它的能量来自哪里?简单:它来自第一摆。

在每一个秋千,一点点的能量转移到长字符串的悬挂着两个钟摆。重新开始钟摆。这一次,观察最长的字符串:行动!钟摆震荡,拖船在弦上。反过来,字符串,则第二摆。一小部分第一摆的动能通过字符串和替换第二个钟摆的主,导致第二摆swing和每一次摆动,更多的能量被从一个钟摆转移到另一个。

最后,第一个摆没有更多的能量给第二个钟摆。当这种情况发生时,第一个钟摆停止,而第二个钟摆摆动,但现在,第二摆拉弦上的。开始工作的能量回到第一摆,直到最后,能量的平衡是正确的回到开始的地方。

这不能永远继续。与每一个秋千,能源也失去了推动空气的或振动的主要字符串相连。没有系统是完美的。最终,你提供的所有能量都失去了对环境和钟摆将停止摆动。

要进一步

实验将或多或少地在第一摆。如何影响第二个钟摆最终多远?钟摆摆动时间吗?

如果你主要的字符串替换为刚性的东西,像一束或销吗?第二个钟摆开始吗?你认为是怎么回事?