Επιβεβαίωση Νόμου χωρίς γραφική παράσταση: ο Νόμος του εκκρεμούς.

Τη σημασία των γραφικών παραστάσεων την έχουμε μάθει από τις σπουδές μας. Και προσπαθούμε να τη διδάξουμε στους μαθητές μας γιατί είναι ο καλύτερος, αλλά όχι ο μοναδικός, τρόπος να επαληθεύσουμε ένα φυσικό Νόμο. Όμως η διαδικασία δημιουργίας μιας γραφικής παράστασης είναι επίπονη και χρονοβόρα. Υπάρχει, άραγε, κάποια άλλη μέθοδος, λιγότερο επίπονη και χρονοβόρα αλλά περίπου το ίδιο αποτελεσματική; Στο πείραμα επαλήθευσης του Νόμου "μήκους εκκρεμούς-περιόδου", χρησιμοποιώντας φωτοπύλη, αναδεικνύω μια μέθοδο με την οποία μπορώ να επαληθεύσω τη σχέση μεταξύ αυτών των ποσοτήτων και να προσδιορίσω το g χωρίς τη χρήση γραφικής παράστασης.

Το εκκρεμές και η φωτοπύλη

Το πείραμα του εκκρεμούς γίνεται απλούστερο, γρηγορότερο και ακριβέστερο, όταν γίνεται με τη βοήθεια μιας φωτοπύλης. Για να διευκολύνουμε το πείραμα, προσθέσαμε ένα καπάκι από γάλα ώστε το νήμα να περνάει μέσα από το καπάκι. Ένας πιαστήρας κρατάει το καπάκι σε σταθερή θέση. Το πλεονέκτημα που έχει αυτό το σύστημα είναι ότι το μήκος του εκκρεμούς αλλάζει εύκολα και χωρίς να μετακινείται το βαρίδι από τη θέση του που είναι ανάμεσα στον πομπό και τον δέκτη της φωτοπύλης. Μετακινώντας το καπάκι πάνω-κάτω, αλλάζει το μήκος.

Μόνο δυο πλήρεις ταλαντώσεις κάνει το εκκρεμές για να προσδιοριστεί η περίοδός του, και προσδιορίζεται με ακρίβεια 0,001 s γιατί συνδέεται σε ένα πολύ ακριβές χρονόμετρο. Έτσι, η μικρή αύξηση της περιόδου σε ταλαντώσεις που έχουν λίγο μεγαλύτερο πλάτος από αυτό των 5 ή 10 μοιρών, που χρησιμοποιούμε συνήθως, μπορεί να γίνει αισθητή.

Χρονομέτρηση εκκρεμούς υψηλής ακρίβειας με χρήση Arduino

Το εκκρεμές αυτό κάνει ταλαντώσεις πάνω από έναν ανιχνευτή Hall. Οι ταλαντώσεις μετατρέπονται σε ηλεκτρικούς παλμούς που διαβάζονται από έναν μικροελεγκτή Arduino. Οι Arduino προσδιορίζει την περίοδο του εκκρεμούς με ακρίβεια. Μέσω της γραφικής παράστασης του τετραγώνου της περιόδου ως προς το μήκος, προσδιορίζουμε το g.

Ένας προσδιορισμός του g με εκκρεμές

Το πείραμα αυτό εκτελείται με συμβατική χρονομέτρηση αλλά με εξελιγμένη πειραματική διάταξη. Ο ορθοστάτης είναι χαραγμένος περιοδικά και φέρει σύνδεσμο με πιαστήρα. Ο πιαστήρας πιάνει ένα καπάκι από γάλα μέσα από το οποίο περνάει το νήμα του εκκρεμούς. Τα παραπάνω χρησιμεύουν για να γίνεται το πείραμα ευκολότερο και ακριβέστερο.