Parmi les thèmes "éternels" du cursus scolaire en physiquela section «hésitations» est peut-être la plus nostalgique - on s'en souvient toujours avec une sorte de chaleureuse tristesse. Pratiquement personne, se souvenant de ce sujet, ne voit, tout d'abord, tic-tac, tic-tac… le pendule est le dispositif le plus «sérieux» de la classe de physique. Certes, les balanciers de laboratoire ne «tiquent» pas, mais avec leur apparence médiévale classique, ils semblent toujours se balancer, leur éternel tic-tac, tic-tac… «ne pensez pas aux secondes». Et la tâche de ces appareils sans prétention est de montrer clairement ce que c'est: des vibrations.
Nous apprenons à connaître le monde et voyons ce que cela signifieil y a une action si simple et sans complication autour de nous. L'oscillation est le pendule de Foucault, l'horloge, l'électricité, la radio, la télévision, le son du haut-parleur, et votre téléphone mobile préféré est un tas de systèmes oscillatoires. Eh bien, rappelons-nous ce qu'ils ont enseigné à l'école - l'amplitude des fluctuations, des formules, des graphiques. Alors hésitation ... qu'est-ce que c'est?
Tout ce qui nous entoure est des "points matériels"qui, pour une raison quelconque, ne peut pas rester assis. Dans ce chaos de mouvements variés, les oscillations sont appelées un processus dans lequel un point matériel, parfois disent-ils un système, revient toujours à une position d'équilibre s'il s'en écarte plusieurs fois. Dans ce cas, la valeur de l'écart maximal par rapport au point d'équilibre est appelée amplitude des oscillations. Le meilleur appareil pour démontrer les vibrations mécaniques, bien sûr, est un bon vieux pendule - une charge (bille, disque ou tige) suspendue à un fil. Réparez-le immobile - et voici un état d'équilibre. Prenez la charge de côté et relâchez, que voyez-vous? C'est vrai, il commencera son "tick-tock": retournera à la position d'équilibre, déviera dans l'autre sens, puis reviendra à la position d'équilibre. Si rien n'interfère avec le pendule, alors, agité, il déviera à nouveau sur le côté ... et donc continuellement, jusqu'à ce que, en raison de la force de frottement, il s'arrête encore.
Il se trouve que tout objet qui amasse, taille et autres caractéristiques distinctives, contient nécessairement un ensemble de caractéristiques qui peuvent décrire de manière unique un «point matériel» donné de sorte que son comportement à partir de l'interaction avec l'environnement soit prévisible, logique et compréhensible. Ces caractéristiques du pendule sont l'amplitude des oscillations et la période. D'autres paramètres fréquemment utilisés sont dérivés de ceux d'origine, ils sont leur partie organique (phase) ou le résultat de calculs supplémentaires (fréquence).
La prochaine étape pour explorer un monde fascinantoscillations - l'expérience la plus simple pour déterminer les paramètres de notre objet - un pendule. Le dispositif d'un pendule n'est nulle part plus facile - un fil, une boule, un point de suspension. Comment trouver l'amplitude des oscillations d'un tel pendule? C'est tellement facile qu'une telle expérience, comme on dit, pourrait se faire dans la cuisine. Tout est facile (dans certaines limites). Problème initial: il y a un pendule suspendu au plafond - un disque métallique sur un fil. Nous nous intéressons à l'ampleur de l'écart du disque par rapport à la position d'équilibre. Avec le pendule à l'arrêt, nous marquons le point d'équilibre sur le mur, ou sur un écran en papier installé à l'arrière. Poussons le disque. Le pendule commencera à osciller et l'ombre du disque «dessinera» une trajectoire sur l'écran. En déplaçant le bâton (vous pouvez utiliser un crayon) sur l'écran, nous trouvons le dernier point lorsque l'ombre, lorsqu'elle oscille au point extrême, ferme notre pointeur et nous faisons une marque. La distance entre le point d'équilibre et la marque est l'amplitude des oscillations du pendule. N'est-ce pas difficile? Et qui aurait douté.
Bien sûr, vous pouvez "moderniser" l'expériencedes cloches et des sifflets électroniques avec des capteurs photo ou utilisez des télémètres laser, mesurez-les avec une précision d'une décimale tentante, mais rien ne peut changer son essence - la mesure de la plus grande déviation du pendule par rapport à la position d'équilibre, c.-à-d. l'amplitude est mesurée. Dans notre expérience, il est facile de trouver un "secret" du pendule - son amplitude d'oscillation ne dépend que des conditions initiales, c'est-à-dire en fait, à partir de la force du premier choc, qui a bouleversé l'état d'équilibre, ou de l'énergie initiale communiquée au système oscillatoire, lorsque le pendule est dévié d'un certain angle par rapport à la position d'équilibre.
