Un pendule se compose d'un poids suspendu à une tige ou à une corde qui oscille d'avant en arrière. Les pendules sont courants dans les appareils de chronométrage tels que les métronomes, les horloges à pendule, les sismomètres et les brûleurs d'encens oscillants, et peuvent être utilisés pour illustrer des problèmes de physique complexes.
Étape
Méthode 1 sur 3: Comprendre le pendule de base
Étape 1. Sachez qu'un pendule est un poids suspendu librement au bout de la ficelle
Avant de commencer à utiliser un pendule, vous devez savoir ce qu'est un pendule et comment il fonctionne. Heureusement, un pendule n'est rien de plus qu'un poids suspendu qui peut osciller d'avant en arrière. La corde est attachée à un point fixe afin que seuls le poids et la corde bougent.
- Tenez l'extrémité d'un collier pendentif ou d'un jouet yo-yo entre vos doigts et déplacez le "poids" en bas. Vous avez réalisé votre premier pendule !
- Un exemple courant de pendule est un grand poids oscillant sur une horloge à pendule.
Étape 2. Pour utiliser un pendule, tirez le poids vers l'arrière puis relâchez-le
Assurez-vous de garder la corde tendue et retirez le poids sans la pousser. Le poids se balancera d'avant en arrière, revenant presque à la même hauteur que lorsque vous l'avez laissé tomber.
- Le pendule oscillera pour toujours si rien ne le ralentit ou ne change sa direction.
- En fait, les forces externes telles que le frottement et la résistance de l'air ralentiront le pendule.
Étape 3. Fabriquez un pendule simple avec une ficelle, une pile et un ruban à mesurer pour mieux le comprendre
Si vous apprenez par le biais d'activités pratiques ou si vous souhaitez enseigner aux enfants comment fonctionne un pendule, vous pouvez rapidement construire un pendule pour expérimenter:
- Attachez une extrémité de la corde au centre d'un ruban à mesurer ou d'un poteau en bois.
- Attachez l'autre extrémité à une batterie ou à une autre petite charge.
- Équilibrez le bois mesuré sur le dos de deux chaises égales afin que la batterie pende librement entre elles et puisse se balancer sans rien heurter.
- Soulevez la batterie en gardant la corde tendue et relâchez-la pour qu'elle oscille d'avant en arrière.
Étape 4. Identifier le vocabulaire scientifique du pendule
Comme pour la plupart des activités scientifiques, comprendre et utiliser un pendule n'est possible que si vous connaissez les mots qui le décrivent.
- Amplitude: Le point le plus élevé atteint par le pendule.
- Bob: Autre nom pour la charge sur la pointe du pendule.
- Équilibre: le milieu du pendule; où se trouve la charge si elle ne bouge pas.
- La fréquence: Le nombre de fois que le pendule oscille d'avant en arrière dans un temps donné.
- Période: Le temps qu'il faut à un pendule en mouvement pour revenir au même endroit.
Méthode 2 sur 3: Utiliser un pendule pour enseigner la physique de base
Étape 1. Notez que les expériences au pendule sont un excellent moyen d'enseigner la méthode scientifique
La méthode scientifique est l'épine dorsale de la recherche scientifique depuis la Grèce antique, et le pendule est un objet facile à fabriquer et produisant des résultats rapidement. Lorsque vous effectuez l'une des expériences suivantes, prenez le temps de formuler une hypothèse, discutez de la variable que vous testez et comparez les résultats.
- Expérimentez toujours jusqu'à 5 à 6 fois pour assurer la cohérence de vos résultats.
- N'oubliez pas de n'essayer qu'une expérience à la fois, sinon vous ne saurez pas ce qui modifie l'oscillation du pendule.
Étape 2. Changez le poids au bout de la corde pour enseigner la gravité
L'un des moyens les plus simples d'en apprendre davantage sur l'effet de la gravité consiste à utiliser un pendule, et vous pourriez être surpris des résultats. Pour voir l'effet de la gravité:
- Tirez le pendule de 10 cm et relâchez-le.
- Utilisez un chronomètre pour chronométrer la période du pendule. Répétez 5 à 10 fois.
- Ajoutez un bob plus lourd au pendule et répétez l'expérience.
- La période et la fréquence seront exactement les mêmes ! C'est parce que la gravité affecte toutes les charges de manière égale. Par exemple, une pièce et une brique tomberont à la même vitesse.
Étape 3. Changez l'endroit où vous déposez la charge pour étudier l'amplitude
En tirant la corde plus haut, vous avez augmenté l'amplitude ou la hauteur du pendule. Cependant, cela change-t-il la rapidité avec laquelle le pendule revient dans votre main ? Répétez l'expérience ci-dessus, mais cette fois, éloignez le pendule de 20 centimètres et ne modifiez pas la charge.
- Si vous avez tout fait correctement, la période du pendule ne changera pas.
- Changer l'amplitude ne change pas la fréquence, un fait qui sera utile en trigonométrie, en science du son et dans de nombreux autres domaines.
Étape 4. Changez la longueur de la corde
Répétez l'expérience ci-dessus, mais au lieu de changer le poids que vous ajoutez ou la hauteur à laquelle vous le laissez tomber, utilisez une corde plus courte ou plus longue.
Cette fois, vous remarquerez certainement les changements. En fait, changer la longueur de la corde est la seule chose qui changera la période et la fréquence du pendule
Étape 5. Apprenez-en plus sur la physique du pendule pour en savoir plus sur l'inertie, le transfert d'énergie et l'accélération
Pour les étudiants plus avancés ou les aspirants physiciens, les pendules sont un excellent moyen d'apprendre la relation entre l'accélération, la friction et la trigonométrie. Recherchez des « équations pendulaires » ou concevez vos propres expériences pour les trouver. Quelques questions à considérer:
- À quelle vitesse bob se déplace-t-il à son point le plus bas ? Comment trouves-tu la vitesse du bob à chaque point ?
- Combien d'énergie cinétique le bob a-t-il à n'importe quel point du pendule ? Pour vous aider, utilisez l'équation: Énergie cinétique = 0,5 x masse de Bob x vitesse.2
- Comment pouvez-vous prédire la période d'un pendule en fonction de la longueur de la corde ?
Méthode 3 sur 3: Utiliser un pendule pour prendre des mesures
Étape 1. Ajustez la longueur de la corde pour mesurer le temps
Alors que tirer la corde plus loin et changer la charge ne peut pas changer la période, allonger ou raccourcir la corde peut changer la période. Voici comment fabriquer une vieille horloge - si vous modifiez parfaitement la longueur du pendule, vous pouvez effectuer une période ou une oscillation complète, ce qui prend deux secondes. Comptez le nombre de règles et vous savez combien de temps s'est écoulé.
- L'horloge à pendule est fixée à l'engrenage de sorte que chaque fois que le pendule oscille, la trotteuse de l'horloge se déplace.
- Dans une horloge à pendule, un poids qui oscille dans une direction produit un « tick » et revient en arrière pour produire un « toc ».
Étape 2. Utilisez votre pendule pour mesurer les vibrations à proximité, y compris les tremblements de terre
Un sismographe, une machine qui mesure l'intensité et la direction des tremblements de terre, est un pendule complexe qui ne se déplace que lorsque la croûte terrestre bouge. Alors que calibrer un pendule juste pour mesurer la tectonique des plaques est extrêmement compliqué, vous pouvez transformer presque n'importe quel pendule en un sismographe de base avec juste un stylo et du papier.
- Collez un stylo ou un crayon sur le poids à l'extrémité du pendule.
- Placez un morceau de papier sous le pendule pour que le stylo touche le papier et fasse des marques.
- Secouez doucement le pendule, mais ne secouez pas la ficelle. Plus vous secouez fort le pendule, plus les marques sur votre feuille de papier sont grandes. Ceci est associé à un « tremblement de terre » plus important.
- Le sismographe d'origine avait un morceau de papier en rotation afin que vous puissiez voir la force d'un tremblement de terre au fil du temps.
- Le pendule a été utilisé pour mesurer les tremblements de terre depuis 132 après JC en Chine.
Étape 3. Utilisez un pendule spécial appelé pendule de Foucault pour prouver que la terre tourne
Bien que l'on sache aujourd'hui que la terre tourne sur son axe, le pendule de Foucault est la première preuve de ce concept. Pour le reproduire, vous aurez besoin d'un grand pendule, d'une longueur minimale de 4,9 mètres et d'un poids supérieur à 11,3 kg, afin de minimiser les variables externes telles que le vent ou la friction.
- Déplacez le pendule de manière à ce qu'il puisse osciller longtemps.
- Au fil du temps, vous remarquerez que le pendule oscille dans une direction différente de celle où vous avez commencé le swing.
- Cela se produit parce que le pendule se déplace en ligne droite tandis que la terre en dessous tourne.
- Dans l'hémisphère nord, le pendule se déplacera dans le sens des aiguilles d'une montre et dans l'hémisphère sud, le pendule se déplacera dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
- Bien que ce soit compliqué, vous pouvez utiliser le pendule de Foucault pour calculer la latitude à l'aide d'équations trigonométriques.
Des astuces
- Vous aurez peut-être besoin de deux personnes pour effectuer cette expérience avec précision: une personne utilisant un pendule et l'autre une personne qui suit le temps.
- Si vous voulez faire un pendule plus précis, utilisez une autre corde pour maintenir le poids à la hauteur désirée. Brûlez le bout de la corde pour « laisser tomber » le poids. Cela vous évitera de pousser accidentellement le poids vers l'avant ou sur le côté lorsque vous le relâcherez.
- Certaines personnes croient que le pendule a également des pouvoirs divinatoires spéciaux.
