Gå til hovedindhold

Det loopende pendul

Et pendul svinger normalt frem og tilbage. Men her kan man lave et pendul, der kun svinger den ene vej. Og så kan det endda redde ‘livet’ på et vinglas. Hvornår har man nået den yderste grænse for svingninger?

Materialer

  • Vægt
  • Snor og saks
  • Stativ med fod og ekstra stang
  • To forskellige ting, hvor den ene vejer 14x mere end den anden (i forsøget her bruges der en møtrik og et vinglas)
  • Stopur/mobiltelefon

Brug eventuelt spændskiver (eller andet med samme vægt) med hul i. Det gør det nemmere at variere forholdet mellem loddernes masse.

Aktivitetsvejledning

Brug en vægt til at finde to ting, du kan binde for hver sin ende af en snor, hvor den ene ting vejer ca 14 gange så meget som den anden, og de begge vejer væsentligt mere end snoren. I forsøget her bruges der en møtrik og et vinglas - mest fordi det er sjovt at se, om vinglasset kan reddes af møtrikkens svingen rundt om stangen.

Lad snoren hvile oven på en stang, der ligger vandret. Lad den tungeste ting hænge vandret ned, og hold den lette i en vinkel på ca. 45 grader. Snoren skal ikke være viklet omkring stangen. Desuden er det en fordel, at den bane, den lette ting tager hen mod den tunge, går let skråt på for at undgå sammenstød.

Slip og observer. Læg mærke til den lette tings bane rundt om stangen, og tæl, hvor mange gange den svinger rundt. Hvad sker der med den tunge ting? Hvor mange sekunder går der, før den tunge ting stopper sin bane nedad, efter at I har sluppet snoren? Tag evt. tid med et stopur.

 

Prøv at … 

  1. … variere massen af det tunge lod og det lette lod.
  2. … variere, hvor meget snor der er på det lette lods side og det tunge lods side af stangen, snoren hviler på.
  3. … variere vinklen, som loddet slippes fra.
  4. … finde en måde at genskabe loddets bane på et stykke papir.
  5. … optage en film med det, og tegn banen op ud fra filmen. Der findes flere fysikprogrammer til tracking af objekter, der er i stand til at hjælpe dig med at gøre det. Du kan fx bruge ‘Tracker’, der kan hentes gratis til både PC, Mac og Linux: https://physlets.org/tracker/
  6. … bruge tværstænger af forskellig diameter og undersøge, hvilken effekt det har.

 

Forklaring 

Der er to vigtige faser i redningen af vinglasset. Fase 1 er mens vinglasset stadig bevæger sig nedad. Fase 2 er fra glasset står stille, til møtrikken er snurret helt ind mod tværstangen.

Lad os starte med fase 1:

Når vinglasset stadig bevæger sig, er vinglasset påvirket af to kræfter: Snorkraften og tyngdekraften. Møtrikken er også påvirket af snorkraften og tyngdekraften.

Slipper man et pendul normalt, kan det aldrig komme over sin starthøjde, da der ikke kommer mere mekanisk energi ind i systemet (mekanisk energi er lig med potentiel energi plus kinetisk energi). Men her udsættes pendulet netop for en acceleration i snorens retning, samtidig med at det svinger. Det er grunden til, at pendulet kan bevæge sig højere, end det startede.

Herfra kommer fase 2:

Vinglasset stopper sin bevægelse. Nu ser vi alene på møtrikken, der nu er nået forbi højden af tværstangen. Herfra øges vinkelhastigheden af møtrikken på dens vej rundt om tværstangen. Det gør den af samme grund, som kunstskøjteløbere snurrer hurtigere rundt, når de trækker armene ind mod kroppen under en pirouette. Man kalder det også impulsmomentbevarelse. Når massen flyttes længere ind, skal hastigheden øges, for at impulsmomentet kan være bevaret. Nu snurrer møtrikken helt ind, og hvis man ser godt efter, er afstanden mellem banerne, møtrikken tegner i luften, den samme fra begyndelsen af fase 2. Denne afstand svarer til omkredsen af den stang, som snoren drejer rundt om.

Glasset stopper med at falde, når friktionen (gnidningsmodstanden) bliver så stor, at møtrikken kan ‘holde glasset’.

 

Faglige pointer

Mekanisk energi, potentiel energi, svingninger, acceleration, impulsmomentbevægelse, masse, friktioner, gnidningsmodstand

Fælles Mål

  • N/T: Stof og energi
  • Fysik/kemi: Energiomsætning