Medzi „večné“ témy školského kurikula fyzikysekcia „váhania“ je pravdepodobne najviac nostalgická - vždy si ju spomíname s určitým vrúcnym smútkom. Je nepravdepodobné, že by aspoň niekto, kto si spomína na túto tému, v prvom rade nevidel tick-tock, tick-tock ... kyvadlo je „najzávažnejšie“ zariadenie z kabinetu fyziky. Pravda, laboratórne kyvadlá nie sú „kliešťové“, ale so svojim klasickým stredovekým vzhľadom vždy hovoria, že sa húpajú, ich večný kliešť, kliešte na kliešte ... „nemysli na sekundy dole.“ Úlohou týchto jednoducho vyzerajúcich zariadení je jasne ukázať, čo to je - vibrácie.
Poznáme svet a vidíme, čo to znamenáokolo nás je taká jednoduchá a priama akcia. Oscilácia je Foucaultovo kyvadlo, hodiny, elektrina, rádio, TV, zvuk z reproduktora a váš obľúbený mobilný telefón je veľa oscilačných systémov. Pamätajme si, čo sa v škole učilo - množstvo vibrácií, vzorcov, grafiky. Takže váhanie ... čo to je?
Okolo nás sú „materiálne body“,ktorý z nejakého dôvodu nesedí. V tomto chaose rôznych pohybov sa oscilácie nazývajú procesom, v ktorom sa hmotný bod, niekedy systém hovorí, vždy vracia do rovnovážnej polohy, ak sa od neho mnohokrát odchyľuje. Veľkosť maximálnej odchýlky od rovnovážneho bodu sa nazýva amplitúda kmitov. Najlepším zariadením na demonštráciu mechanických vibrácií je, samozrejme, staré, dobré kyvadlo - záťaž (guľa, disk alebo tyč) zavesená na nite. Opravte to nehybne - a tu je stav rovnováhy. Zložte bremeno stranou a pustite, čo vidíte? Správne, začne „kliešte“: vráti sa do rovnovážnej polohy, odkloní sa na druhú stranu a potom sa opäť vráti do rovnovážnej polohy. Ak sa kyvadlu nič neobťažuje, potom sa nepokojný bude odchyľovať od strany ... a tak ďalej, až kým sa vplyvom trecej sily nezastaví.
Stalo sa tak, že každá položka, ktorá máhmotnosť, veľkosť a ďalšie rozlišovacie znaky nevyhnutne obsahujú súbor charakteristík, ktoré môžu jedinečne opísať tento „materiálny bod“, takže jeho správanie z interakcie s prostredím je predvídateľné, logické a zrozumiteľné. Takéto charakteristiky kyvadla sú amplitúda kmitov a perióda. Ďalšími často používanými parametrami sú deriváty pôvodných, sú to ich organické časti (fázy) alebo sú výsledkom dodatočných výpočtov (frekvencia).
Ďalším krokom pri objavovaní fascinujúceho svetakmitanie - najjednoduchší experiment na určenie parametrov nášho objektu - kyvadlo. Zariadenie kyvadla nie je nikde ľahšie - niť, guľa, bod zavesenia. Ale ako nájsť amplitúdu kmitov takéhoto kyvadla? Je to také jednoduché, že taký zážitok, ako sa hovorí, sa dá urobiť v kuchyni. Všetko je ľahké (v rámci určitých limitov). Úvodná úloha: zo stropu je zavesené kyvadlo - kovový disk na nite. Zaujíma nás veľkosť odchýlky disku od rovnovážnej polohy. Keď je kyvadlo nehybné, urobte si značku na rovnovážnom bode na stene alebo na papierovej stene namontovanej vzadu. Zatlačte disk. Kyvadlo začne kmitať a tieň disku „nakreslí“ trajektóriu na obrazovke. Pohybom palice (môžete použiť ceruzku) na obrazovke nájdeme posledný bod, keď tieň, keď vibruje v extrémnom bode, zavrie náš ukazovateľ a urobí značku. Vzdialenosť od rovnovážneho bodu k značke bude amplitúda kmitania kyvadla. Naozaj ľahké? A kto by o tom pochyboval.
Experiment samozrejme môžete „modernizovať“elektronické zvončeky a píšťalky s fotografickými snímačmi alebo laserové merače vzdialenosti, merajú sa na najbližšiu atraktívnu číslicu po desatinnej čiarke, ale nič nemôže zmeniť jej podstatu - bola zmeraná najväčšia odchýlka kyvadla od rovnovážnej polohy, t.j. meria sa amplitúda. V našom experimente je ľahké nájsť jedno „tajomstvo“ kyvadla - jeho amplitúda kmitov závisí iba od počiatočných podmienok, t.j. v skutočnosti z sily prvého šoku, ktorý porušil stav rovnováhy, alebo počiatočnej energie dodávanej oscilačnému systému, keď je kyvadlo odklonené o uhol z rovnovážnej polohy.
