Если положить руку на стол, а затем с полуметровой высоты сбросить на нее фарфоровую кружку, будет больно. «Жертва» подобного эксперимента рефлекторно отдернет руку, чтобы не получить болезненного удара. Сыграть на этом психологическом эффекте можно, применив школьные познания в физике.
Как сделать маятник из кружки, чайной ложки и бечевки
Подвешенное на веревке тело обладает потенциальной энергией. Если же веревку отпустить, то энергия стремительно преобразуется в кинетическую, поскольку тело начнет поступательно двигаться вниз. А мы проведем простой и интересный опыт, при котором дополнительный элемент, введенный в систему, неожиданным образом изменит поведение падающего объекта.
Больно не будет
Для опыта понадобится тонкая бечевка длиной примерно 75 см, а также 15 обычных шайб. Или 30. Или 45, если вы хотите сделать по-настоящему тяжелый маятник. Суть в том, что отношение массы грузов, прикрепленных к концам бечевки, должно составлять 1:14. Иначе говоря, если на одном конце закреплена одна шайба, на другом должно быть четырнадцать. Массу обоих концов можно пропорционально увеличивать.
Принцип действия
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Теперь перекиньте веревку через указательный палец и удерживайте более легкий конец таким образом, чтобы тяжелый груз находился в верхней точке траектории падения — если вы его отпустите, он полетит вниз. Что ж, отпускайте! Вопреки ожиданию, 14-шайбовая конструкция не окажется на полу, а остановится, пролетев примерно ¾ длины веревки.
Опытным путем
Суть в том, что более легкий конец с одной шайбой тоже обладает потенциальной энергией, которая превращается в кинетическую. Траектория движения одиночной шайбы будет спиралевидной — она одновременно будет вращаться по инерции вокруг пальца и приближаться к центру вращения. За то время, пока более тяжелый груз идет вниз, она успеет три-пять раз намотаться на палец и остановит падение.
Интереснее всего этот опыт выглядит, когда вы проводите его не с искусственными системами, а с обычными предметами, которые можно найти на любой кухне. Например, отношение масс обычной кружки и чайной ложки примерно равно как раз 14:1 — это позволяет показать опыт прямо на кухне. Причем под падающую кружку можно подставить какой-либо хрупкий предмет — скажем, руку (или голову) товарища. Только осторожно — сперва потренируйтесь и обязательно рассчитайте расстояние!