מנגנון פשוט – מטוטלת שמורכבת מחוט חסר מסה שמעוגן למקומ בקצה אחד ולקצהו השני קשור גוף כבד – מספק לנו הצצה אל אחת התנועות הפשוטות והיפות בטבע – התנועה ההרמונית. היישומון שלפנינו מאפשר לנו לבדוק את התנועה הזו ולבחון איך פרמטרים כמו אורך החוט, מסת הגוף, עוצמת כוח הכבידה והבטים נוספים משפיעים על התנועה.
על מנת לצפות ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).
היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.
תחילה בחנו באופן כללי מה קורה כשאתם משנים כמה מהפרמטרים של התנועה. עבדו עם מטוטלת אחת, שנו את אורכה או את מסתה וראו מה קורה לתנועה. בצד שמאל למטה תוכלו להפעיל שני כלים חשובים – האחד יראה לכם את האנרגיה של המטוטלת ואיך בדיוק היא מתחלקת בכל רגע לאנרגיה קינטית ולאנרגיה פוטנציאלית, ואילו הכלי השני יאפשר לכם למדוד את זמן המחזור של תנועת המטוטלת מצד לצד. בשלב זה הקפידו שזווית ההתחלה שלכם תהיה קטנה (אל תרימו את המטוטלת עד שהחוט מקביל לאדמה אלא להיפך – הסיטו את החוט במידה מועטה מאוד ותנו למטוטלת להתנדנד משם.
כעת נתחיל בבדיקת משרעת התנועה. כוונו את המטוטלת לגובה מסוים ושחררו אותה. לאיזה גובה היא תגיע בצד השני? לאיזה גובה תגיע כשתסיים את מסלולה? מדוע המטוטלת חוזרת לאותו גובה? (רמז הסתכלו על מד האנרגיה).
כעת בידקו איך משפיעים על התנועה שינוי אורך החוט ומסת המשקולת על התנועה. ייתכן שתמצאו שנוח בשלב הזה להציג מטוטלת נוספת שבה כל הפרמטרים יהיו זהים למטוטלת הראשונה פרט לפרמטר אחד, וכך תוכלו לראות בעיניכם איך שינוי של היבט בודד משפיע על תנועת המטוטלת.
כעת מדדו את זמן המחזור של המטוטלת. תחילה עבדו באורך קבוע ושנו את מסת המטוטלת – האם המסה משפיעה על זמן המחזור? האם אתם יכולים להסביר לעצמכם מדוע נראה שאין לה כל השפעה?
בשלב הבא שנו את אורך המטוטלת ומדדו את זמן המחזור באורכים שונים. איך משפיע האורך על זמן המחזור? נסו להסביר מדוע יש קשר בין האורך לזמן. שימו לב שהקשר הזה אינו לינארי – אם תכפילו את האורך, הזמן לא יגדל פי שתיים אלא פי שורש שתיים.
מכאן והלאה תוכלו לנסות ניסויים מעניינים שתחשבו עליהם. תוכלו לשנות את כוח הכבידה, לשחק במשרעת ההתחלתית של המטוטלת וכן הלאה. לבסוף תוכלו גם להוסיף ביישום חיכוך ולראות איך הוא מרסן את התנועה וגורם למשרעת של המטוטלת לקטון ממחזור למחזור.
כעת, אחרי שהבנתם איך המטוטלת נעה בזוויות הקטנות, נסו להגדיל את הזווית ההתחלתית. האם אתם רואים שינוי כלשהו לעומת החוקים שגיליתם שהיו תקפים עבור תנועה בזוויות קטנות?
אם תרצו להבין את המתמטיקה שמאחורי תנועת המטוטלת, תוכלו לקרוא על כך בוויקיפדיה.
ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
