Маятник Фуко

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Шушенская средняя общеобразовательная школа №3

КРАЕВОЙ МОЛОДЕЖНЫЙ ФОРУМ

 «НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СИБИРИ»

муниципальный отборочный этап номинации

«НАУЧНЫЙ КОНВЕНТ»

        Направление конференции: физико-математическое (физика)

«Маятник Фуко»

Гуртовая Виктория Геннадьевна

учащаяся МБОУ Шушенская

  СОШ №3,

10а класса

17.01. 2000

89339958703

Роганова Евгения Олеговна,

МБОУ Шушенская СОШ№3,

учитель физики

89233363126

zhenyusya-wau@rambler.ru.

С условиями конкурса ознакомлена и согласна. Организатор конкурса оставляет за собой право использовать конкурсные работы в некоммерческих целях и без денежного вознаграждения автора (авторского коллектива) при проведении просветительских кампаний, а также полное или частичное использование в методических, информационных, учебных и иных целях в соответствии с действующим законодательством РФ.

Шушенское, 2018

Маятник Фуко

Гуртовая Виктория

Шушенский район, п. Шушенское, МБОУ Шушенская СОШ№3, 10 класс

Руководитель: Роганова Евгения Олеговна, учитель физики МБОУ Шушенская СОШ №3.

О существовании маятников  я узнала из курса физики 9 класса (тема «Колебания и волны»). Так как в этой теме мало чего понимаю,мне захотелось углубиться в нее, что собственно я и сделала

Я выбрала эту тему потому, что она интересна мне, и я хочу углубить свои знания о механических колебаниях, а также это, так или иначе, поможет мне подготовиться к экзаменам и сдать их как можно лучше.

Маятник Фуко – один из тех немногих приспособлений, с помощью которого можно наглядно показать суточное вращение Земли.

И я решила проверить, смогу ли я сам изготовить подобную работающую модель.

Проблема: Недостаток знаний по данной теме и повышенный интерес к различным видам маятника

Новизнойисследования будем считать мини - маятник Фуко

Цель:Изучение сущности и разнообразия механических колебаний на примере маятников; изучение характеристик колебательного движения; изучение принципа работы маятника Фуко и выполнение его модели.  В работе я изложила материал об истории создания маятника, его первой демонстрации, принципе работы, о различных видах моделей маятника, созданных по всему миру, и предлагаю на рассмотрение жюри модель маятника, сделанную своими руками.

Основные результаты:

В ходе исследования были определены понятия: Маятник,Физический маятник, Маятник Фуко, Фуко, Колебания, Механические колебания, Колебательное движение, Амплитуда, Период, Частота, Смещение, Фаза колебаний

Список литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%8F%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA_%D0%A4%D1%83%D0%BA%D0%BE
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%83%D0%BA%D0%BE,_%D0%96%D0%B0%D0%BD_%D0%91%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%80_%D0%9B%D0%B5%D0%BE%D0%BD
3. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/FUKO_ZHAN_BERNAR_LEON.html
4. Верин А. Опыт Фуко
5. Перышкин А.В. Физика. 9 кл. – М.: Дрофа, 2008 г
6. Пинский А.А., Разумовский В.Г. Физика и астрономия. 7 кл. – М.: Просвещение, 1999 г
7. Храмов Ю.А. "Физики". Биографический справочник. – М.: Наука, 1983 г
8. Энциклопедия Кольера. — Открытое общество, 2000 г

1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность: О существовании маятников  я узнала из курса физики 9 класса (тема «Колебания и волныВыбрала эту тему потому, что она интересна мне, и я хочу углубить свои знания о механических колебаниях, а также это, так или иначе, поможет мне подготовиться к экзаменам и сдать их как можно лучше.

Маятник Фуко – один из тех немногих приспособлений, с помощью которого можно наглядно показать суточное вращение Земли.

И я решила проверить, смогу ли я сама изготовить подобную работающую модель. Для этого я собрала и изучил информацию из различных источников: книги, СМИ, Интернет. Материал был настолько интересный, что я решила его систематизировать и самому изготовить модель.

Проблема в том, что я мало чего знаю о маятниках, как ими пользоваться для чего они нужны.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Цель:Изучение сущности и разнообразия механических колебаний на примере маятников; изучение характеристик колебательного движения; изучение принципа работы маятника Фуко и выполнение его модели.  В работе я изложила материал об истории создания маятника, его первой демонстрации, принципе работы, о различных видах моделей маятника, созданных по всему миру, и предлагаю на рассмотрение жюри модель маятника, сделанную своими руками.

Задачи:

1. Изучение теоретического материала по теме «Механические колебания»; более подробное рассмотрение маятника Фуко;
2. Разобраться в сущности и разнообразии механических колебаний на примере маятников. Изучить характеристики колебательного движения и изучить принцип работы маятника Фуко и выполнить его модель.
3. Построение его модели;

Гипотеза: Маятники играют важную роль в жизни человека; маятник Фуко можно построить.

Методы исследования:  Анализ литературных и интернет – источников информации, моделирование процессов.

Результаты:  Основными результатами исследования являются, углубление знания по теме колебания, новое знание о маятнике Фуко, сконструированная модель и проверка правильности ее работы.

1. Работа с понятиями.

Чтобы эффективно провести исследование, необходимо пополнить свои знания следующими понятиями: «Маятник»,«Физический маятник», «Маятник Фуко», «Фуко», «Колебания», «Механические колебания», «Колебательное движение», «Амплитуда», «Период», «Частота», «Смещение», «Фаза колебаний»

Фуко- французский философ, теоретик культуры и истории

Маятник – твердое тело, совершающее под действием приложенных сил, колебания неподвижной точки или оси.

Физический маятник — осциллятор, представляющий собой твёрдое тело, совершающее колебания в поле каких-либо сил относительно точки, не являющейся центром масс этого тела, или неподвижной оси, перпендикулярной направлению действия сил и не проходящей через центр масс этого тела.

Маятник Фуко — это экспериментальный прибор, с помощью которого можно наглядно наблюдать суточное вращение Земли.

Механические колебания- движения тел, повторяющиеся точно через одинаковые промежутки времени

Колебательное движение- движение, которое повторяется с течением времени

Амплитуда-размах колебания, отклонение колеблющегося тела от положения равновесия

Период- промежуток времени, в течении которого что-нибудь происходит

Частота– физическая величина, характеристика периодического процесса, равна количеству повторений или возникновения событий в единицу времени

Смещение– психологический механизм, описанный Фрейдом, как один из механизмов цензурирования в процессе формирования сноведений

Фаза колебаний– аргумент периодической функции, описывающей колебательный процесс

Виды маятников и их характеристики

Физический маятник

Физический маятник — осциллятор, представляющий собой твёрдое тело, совершающее колебания в поле каких-либо сил относительно точки, не являющейся центром масс этого тела, или неподвижной оси, перпендикулярной направлению действия сил и не проходящей через центр масс этого тела.

Период малых колебаний физического маятника

Математический маятник

Математический маятник — осциллятор, представляющий из себя механическую систему, состоящую из материальной точки, находящейся на невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне в поле тяжести. Период малых колебаний математического маятника длины l в поле тяжести с ускорением свободного падения g приближенно равен

и мало зависит от амплитуды и массы маятника.

Пружинный маятник — осциллятор, представляющий собой  пружину , один конец которой жёстко закреплён, а на втором находится груз .

Период колебаний пружинного маятника с коэффициентом жесткости k и массой груза m приблизительно равен

Интересные факты

Несмотря на свою простоту, с математическим маятником связан ряд интересных явлений.

Если амплитуда колебания маятника близка к π, то есть, движение маятника на фазовой плоскости близко к сепаратрисе, то под действием малой периодической вынуждающей силы система демонстрирует хаотическое поведение. Это одна из простейших механических систем, в которой хаос возникает под действием периодического возмущения.

Если точка подвеса не неподвижна, а совершает колебания, то у маятника может появиться новое положение равновесия. Если точка подвеса достаточно быстро колеблется вверх-вниз, то маятник приобретает устойчивое положение «вверх тормашками». Такая система называется маятником Капицы.

 Рассматривая различные примеры маятников, передо мной встал вопрос, а как они работают и можно ли их сконструировать самостоятельно.

 Решение Задач: Маятник Фуко, длина нити которого 93 метра,  показывает суточное вращение Земли вокруг своей оси. А можно ли смоделировать такой маятник в уменьшенном формате?

Для того чтобы решить эту задачу необходимо определится с оборудование:

Сконструировав данную модель, стоит только провести измерения и рассчитать период колебаний данного маятника.

Используя формулу:   можно рассчитать период колебаний маятника Фуко и моего маятника.

1) Маятник Фуко: Т= 2*3,14*=13,15 с

2) Модель моего маятника (теоретический расчет) : Т= 2*3,14*=0,6 с

3) Модель моего маятника (практическая часть): Т=  T= =1,3 с

Из расчетов следует, что модель уменьшенная работает, и если длину нити уменьшить в 100 раз, то период колебаний должен уменьшиться в 10, что мы и получили при проведении эксперимента, то есть эту модель можно использовать как маятник Фуко, только с одной оговоркой, как его уменьшенную модель, учитывая уменьшение длини нити.

3.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследования были определены понятия:Маятник,Физический маятник, Маятник Фуко, Фуко, Колебания, Механические колебания, Колебательное движение, Амплитуда, Период, Частота, Смещение, Фаза колебаний

Построена  модель Маятника Фуко. Наша гипотеза получила подтверждение.

Список литературы

9. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%8F%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA_%D0%A4%D1%83%D0%BA%D0%BE
10. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%83%D0%BA%D0%BE,_%D0%96%D0%B0%D0%BD_%D0%91%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%80_%D0%9B%D0%B5%D0%BE%D0%BD
11. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/FUKO_ZHAN_BERNAR_LEON.html
12. Верин А. Опыт Фуко
13. Перышкин А.В. Физика. 9 кл. – М.: Дрофа, 2008 г
14. Пинский А.А., Разумовский В.Г. Физика и астрономия. 7 кл. – М.: Просвещение, 1999 г
15. Храмов Ю.А. "Физики". Биографический справочник. – М.: Наука, 1983 г
16. Энциклопедия Кольера. — Открытое общество, 2000 г