Um pêndulo consiste em um peso suspenso por uma haste ou corda que oscila para frente e para trás. Pêndulos são comuns em dispositivos de cronometragem, como metrônomos, relógios de pêndulo, sismômetros e queimadores de incenso oscilantes, e podem ser usados para ilustrar problemas físicos complexos.
Etapa
Método 1 de 3: Compreendendo o Pêndulo Básico
Etapa 1. Saiba que um pêndulo é um peso pendurado livremente na ponta da corda
Antes de começar a usar um pêndulo, você precisa saber o que é um pêndulo e como funciona. Felizmente, um pêndulo nada mais é do que um peso suspenso que pode balançar para frente e para trás. A corda é amarrada em um ponto fixo de modo que apenas o peso e a corda se movam.
- Segure a ponta de um colar de pingente ou brinquedo ioiô entre os dedos e mova o "peso" na parte inferior. Você fez seu primeiro pêndulo!
- Um exemplo comum de pêndulo é um grande peso oscilante em um relógio de pêndulo.
Etapa 2. Para usar um pêndulo, puxe o peso para trás e solte-o
Certifique-se de manter a corda esticada e remova o peso sem empurrá-lo. O peso vai balançar para frente e para trás, retornando quase à mesma altura de quando você o soltou.
- O pêndulo oscilará para sempre se nada o atrasar ou mudar sua direção.
- Na verdade, forças externas, como fricção e resistência do ar, irão desacelerar o pêndulo.
Etapa 3. Faça um pêndulo simples com um barbante, bateria e fita métrica para melhor entendê-lo
Se você está aprendendo por meio de atividades práticas ou quer ensinar as crianças como um pêndulo funciona, você pode construir rapidamente um pêndulo para experimentar:
- Amarre uma ponta da corda no centro de uma fita métrica de madeira ou poste.
- Amarre a outra extremidade a uma bateria ou outra carga pequena.
- Equilibre a madeira medida nas costas de duas cadeiras iguais para que a bateria fique pendurada livremente entre elas e possa oscilar sem bater em nada.
- Levante a bateria, mantendo a corda esticada, e solte-a de forma que ela balance para frente e para trás.
Etapa 4. Identifique o vocabulário científico para o pêndulo
Como acontece com a maioria das atividades científicas, entender e usar um pêndulo só é possível se você souber as palavras que o descrevem.
- Amplitude: O ponto mais alto que o pêndulo atinge.
- Prumo: Outro nome para a carga na ponta do pêndulo.
- Equilíbrio: o ponto médio do pêndulo; onde a carga está, se não estiver se movendo.
- Frequência: O número de vezes que o pêndulo oscila para frente e para trás em um determinado momento.
- Período: A quantidade de tempo que um pêndulo em movimento leva para retornar ao mesmo lugar.
Método 2 de 3: usando um pêndulo para ensinar física básica
Etapa 1. Observe que os experimentos com pêndulo são uma ótima maneira de ensinar o método científico
O método científico tem sido a espinha dorsal da pesquisa científica desde a Grécia antiga, e o pêndulo é um objeto fácil de fabricar e que produz resultados rapidamente. Ao conduzir qualquer um dos experimentos a seguir, reserve um tempo para formular uma hipótese, discuta qual variável você está testando e compare os resultados.
- Sempre experimente de 5 a 6 vezes para garantir a consistência de seus resultados.
- Lembre-se de tentar apenas um experimento de cada vez - caso contrário, você não saberá o que muda a oscilação do pêndulo.
Etapa 2. Altere o peso na extremidade da corda para ensinar a gravidade
Uma das maneiras mais simples de aprender sobre o efeito da gravidade é por meio de um pêndulo, e você pode se surpreender com os resultados. Para ver o efeito da gravidade:
- Puxe o pêndulo 10 cm e solte-o.
- Use um cronômetro para cronometrar o período do pêndulo. Repita 5-10 vezes.
- Adicione um peso mais pesado ao pêndulo e repita o experimento.
- O período e a frequência serão exatamente os mesmos! Isso ocorre porque a gravidade afeta todas as cargas igualmente. Por exemplo, uma moeda e um tijolo cairão na mesma velocidade.
Etapa 3. Altere onde você solta a carga para estudar a amplitude
Conforme você puxa a corda mais alto, você aumenta a amplitude ou altura do pêndulo. No entanto, isso muda a rapidez com que o pêndulo retorna para a sua mão? Repita a experiência acima, mas desta vez puxe o pêndulo para 20 centímetros e não altere a carga.
- Se você fez tudo corretamente, o período do pêndulo não mudará.
- Mudar a amplitude não muda a frequência, um fato que será útil em trigonometria, ciência do som e muitos outros campos.
Etapa 4. Altere o comprimento da corda
Repita o experimento acima, mas em vez de alterar quanto peso você adiciona ou a altura que você deixa cair, use uma corda mais curta ou mais longa.
Desta vez, você definitivamente notará as mudanças. Na verdade, mudar o comprimento da corda é a única coisa que mudará o período e a frequência do pêndulo
Etapa 5. Aprenda mais sobre a física do pêndulo para aprender sobre inércia, transferência de energia e aceleração
Para alunos mais experientes ou aspirantes a físicos, os pêndulos são uma ótima maneira de aprender a relação entre aceleração, fricção e trigonometria. Pesquise por “equações de pêndulo” ou projete seus próprios experimentos para encontrá-las. Algumas questões a serem consideradas:
- Quão rápido o bob se move em seu ponto mais baixo? Como você encontra a velocidade do pêndulo em cada ponto?
- Quanta energia cinética o pêndulo possui em qualquer ponto do pêndulo? Como auxílio, use a equação: Energia Cinética = 0,5 x Massa de Bob x Velocidade.2
- Como você pode prever o período de um pêndulo com base no comprimento da corda?
Método 3 de 3: usando um pêndulo para fazer medições
Etapa 1. Ajuste o comprimento da corda para medir o tempo
Enquanto puxar a corda mais para trás e mudar a carga não pode mudar o período, alongar ou encurtar a corda pode alterar o período. É assim que se faz um relógio antigo - se você alterar o comprimento do pêndulo perfeitamente, poderá fazer um período ou giro completo, que leva dois segundos. Conte o número de períodos e você saberá quanto tempo se passou.
- O relógio de pêndulo é preso à engrenagem de modo que, toda vez que o pêndulo balançar, o ponteiro dos segundos do relógio se mova.
- Em um relógio de pêndulo, um peso que oscila em uma direção produz um "tique" e oscila para trás para produzir uma "batida".
Etapa 2. Use seu pêndulo para medir as vibrações próximas, incluindo terremotos
Um sismógrafo, uma máquina que mede a intensidade e a direção dos terremotos, é um pêndulo complexo que se move apenas quando a crosta terrestre se move. Embora calibrar um pêndulo apenas para medir as placas tectônicas seja extremamente complicado, você pode transformar quase qualquer pêndulo em um sismógrafo básico com apenas caneta e papel.
- Cole uma caneta ou lápis no peso na ponta do pêndulo.
- Coloque um pedaço de papel sob o pêndulo de forma que a caneta toque no papel e faça marcações.
- Balance suavemente o pêndulo, mas não balance a corda. Quanto mais forte você balança o pêndulo, maiores são as marcas em seu pedaço de papel. Isso está associado a um “terremoto” maior.
- O sismógrafo original tinha um pedaço de papel giratório para que você pudesse ver a força de um terremoto ao longo do tempo.
- O pêndulo tem sido usado para medir terremotos desde 132 DC na China.
Etapa 3. Use um pêndulo especial chamado Pêndulo de Foucault para provar que a Terra gira
Embora hoje as pessoas saibam que a Terra gira em torno de seu eixo, o Pêndulo de Foucault é a primeira evidência desse conceito. Para replicá-lo, você precisará de um pêndulo grande, com comprimento mínimo de 4,9 metros e peso superior a 11,3 kg, para minimizar variáveis externas como vento ou atrito.
- Mova o pêndulo de forma que ele possa oscilar por muito tempo.
- Conforme o tempo passa, você notará que o pêndulo oscila em uma direção diferente de quando você começou a oscilação.
- Isso acontece porque o pêndulo se move em linha reta enquanto a Terra gira.
- No hemisfério norte, o pêndulo se moverá no sentido horário e no hemisfério sul o pêndulo se moverá no sentido anti-horário.
- Embora seja complicado, você pode usar o Pêndulo de Foucault para calcular a latitude usando equações trigonométricas.
Pontas
- Você pode precisar de duas pessoas para realizar este experimento com precisão - uma pessoa usando um pêndulo e a outra pessoa acompanhando o tempo.
- Se você quiser fazer um pêndulo mais preciso, use outra corda para segurar o peso na altura desejada. Queime a ponta da corda para “soltar” o peso. Isso evitará que você acidentalmente empurre o peso para a frente ou para os lados ao soltá-lo.
- Algumas pessoas acreditam que o pêndulo também tem poderes especiais de adivinhação.
