نشاط عملي يوّضح كيفية عمل البندول المزدوج

2011 تجارب علمية القوة والحركة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

البندول المزدوج كيفية عمل البندول المزدوج الفيزياء

– الأهداف: 

1- صنع  بندولين رنانين.

2- تحريك البندول من دون لمسه.

 

– الأدوات التي تحتاجها: 

1- علاقة ثياب سلكية

2- قاطعة أسلاك

 

3– ثقابة

4– علب أفلام تصوير

 

5- عزقات معدنية من الحجم نفسه لاستخدامها كثقل

6- خيط

 

– خطوات العمل:

1- اقطع زوجاً من الأسلاك، طول كل منهما 6 بوصات (15 سم( من علّاقة المعاطف، ثم استخدم القاطعة لثني السلك من أحد طرفية بشكل حلقة.

 

2- اطلب من أحد الكبار أن يصنع ثقباً وسط غطاء علبتي أفلام التصوير، ثم أدخل الجانب المستقيم من السلك في الثقبين واثنِ نهاية السلك بحيث تتدلى العلبتان من السلك. تأكد من أن الغطاء مسدود بإحكام على العلبة.

 

3- ضع عدداً متساوياً من العزقات المعدنية داخل العلبتين ثم أعد إغلاقهما.

 

4- اقطع خيطاً بطول قدمين (60 سم)، واربطه بين كرسيين أو جدارين بحيث يكون مشدوداً بشكل جيد. علق السلكين بحيث يتباعدان عن بعضهما بمسافة 4 بوصات (10 سم) وعلى مسافة متساوية من منتصف الخيط.

 

5- شدّ إحدى العلبتين نحو الخلف ثم اتركها تتأرجح. راقب ما سيحصل للبندول الآخر. إذا بدأت العلبتان بالانزلاق معاً شدّ الخيط جيداً كي لا يعاود الارتخاء.

 

قم بتوقيت الزمن الذي يقطعه البندولان لإتمام حركة تأرجح يمنة ويسرة. يسمى زمن التأرجح «الزمن الدّوري» وهو شبيه بالتردد، لكن قياسه أكثر سهولة. دوّن نتائجك ضمن جدول مماثل للجدول المبين أدناه.

بما أن الأسلاك متماثلة من حيث الطول، لا بدّ أن يكون الزمن الدوري للاهتزاز متماثلاً أيضاً. قم بأرجحة البندولين لمسافة أبعد وراقب فيما لو أن الزمن الدوري سيتغير. يجب أن يظل الزمن الدوري ثابتاً. عندما تبدأ بأرجحة إحدى العلبتين راقب ما سيحدث للعلبة الثانية.

 

قم بتوقيت الزمن الدوري للبندول الأول، وعندما يبدأ البندول الثاني بالحركة قم بتوقيت زمنه الدوري أيضاً. دوّن النتائج التي حصلت عليها ضمن الجدول.

لاحظ ما سيحدث عندما تغيّر ثِقَل الأوزان في إحدى العلبتين. هل سيستمر البندولان في أرجحة بعضهما بعد أن تغيرت الأوزان داخلهما؟

 

كرر النشاط باستخدام أطوال مختلفة من الخيط في كلا البندولين. في البداية اجعل الخيطين أقصر بمقدار 1 بوصة (2،5 سم)، ثم اجعلهما أطول بمقدار 1 بوصة.

بما أن للخيطين طولين متماثلين ينبغي أن يكون الزمن الدوري لأرجحتهما متشابهاً وأحد البندولين ما زال يجعل الآخر يتأرجح.

 

جرب بعد ذلك أن يكون طول الخيط مختلفاً في البندولين. هل تستطيع أن تتنبأ بالنتيجة هذه المرة؟جرب الآن هذا النشاط باستخدام ثلاثة بندولات، اثنان منهما بالطول نفسه، والثالث أطول منهما.

هل تستطيع أن تتنبأ بما سيحدث لو قمت بأرجحة البندول الطويل؟ وماذا سيحصل إذا أرجحت أحد البندولين القصيرين؟

 

نصائح للسلامة

كن حذراً جداً عندما تقوم بقطع الأسلاك. ربما تتطاير قطع صغيرة منها أثناء القطع فتؤذي عينيك.

بإمكانك استخدام النظارات الواقية إذا كانت متوافرة لديك، أو تستطيع استخدام نظارات شمسية أو أي نوع آخر من النظارات، كما يمكن أن تكون أطراف الأسلاك حادة، لذلك عليك أيضاً أن تتوخى الحذر كي لا تؤذي أصابعك. ربما تكون الثقابة الأداة الأكثر أماناً لثقب غطاء علبة الأفلام.

 

قيادة سلسة

يتم تزويد السيارات بنوابض تساعد على معالجة مشكلة الطرقات الوعرة. عندما تصطدم عجلة السيارة بحفرة على الطريق يبدأ نابض السيارة أحياناً بالاهتزاز بتردده الطبيعي. ويمكن أن يستمر هذا الاهتزاز لفترة من الزمن.

ما يؤدي إلى ارتداد واهتزاز السيارة بشكل مزعج. وللتغلب على هذه المشكلة، تُزوّد السيارات بوسادة ماصة للصدمات.

وتتألف إحدى هذه الأدوات من نوع من المكابس مكوّن من أسطوانة مملوءة بمادة سائلة. تحتوي الأسطوانة في داخلها على قرص يتحرك نحو الأعلى والأسفل برفق يسمح بامتصاص أي طاقة ناتجة عن اهتزاز أو صدمات مفاجئة أثناء السير، ما يجعل القيادة أكثر سلاسة وأماناً.

 

– تحليل النشاط:

عندما كان البندولان متساويين في الطول وقُمتَ بأرجحة أحدهما، لابدّ أنك لاحظت أن البندول الآخر بدأ يتأرجح أيضاً.

السبب في هذا هو أن البندولين لهما الزمن الدوري نفسه (أي إنهما استغرقا الزمن نفسه لاستكمال التأرجح)، وهذا يعني أيضاً أن ترددهما الطبيعي متماثل. وعندما بدأ البندول الأول بالتأرجح انتقلت اهتزازاته عبر الخيط إلى البندول الثاني.

حرّضت هذه الاهتزازات البندول الثاني ضمن تردده الطبيعي وجعلته يتذبذب. ومن المفترض ألّا تؤثر الأوزان الموجودة داخل العلبتين في تأرجحهما لأن تردد البندول يعتمد على طوله وليس على وزنه.

 

ولو قمت بتغيير طول البندولين بشكل متساوٍ فإنك ستلاحظ أنهما مازالا يؤثران في بعضهما، لكنك إذا جعلت أحدهما أقصر أو أطول من الآخر، فإنك ستلاحظ أن أحد البندولين سيتحرك بمفرده.

ولو قمت بوضع ثلاثة بندولات فإنك ستكتشف أن البندولين القصيرين سيذبذبان بعضهما (لأن زمنهما الدوري واحد)، لكن الأمر مختلف بالنسبة للبندول الطويل الثالث. وعلى نحوٍ مماثل أيضاً، فإن البندول الطويل كان سيتأرجح بمفرده لو أنك قمت بدفعه أولاً.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]