Årskurs: 7-9, Gymnasiet
Ämnesområde: Kraft och rörelse

En mycket liten kraft just i rätt ögonblick kan få en mycket tung pendel att svänga med stora utslag.

Material

• En större plåtburk eller plåthink med handtag och lock. Det fungerar även utan lock men risken är att innehållet spiller ut. Tomma, nya färgburkar kan exempelvis köpas i färghandeln.
• Sand eller något annat tungt att fylla burken med.
• En kraftig krok i taket.
• En eventuellt två små magneter fästa i varsitt snöre, cirka två meter långt.

Tillverka

Fyll burken med sand och sätt på locket så att inget spills ut. Häng upp burken i taket med ett kraftigt snöre eller kedja. Burken bör hänga någonstans mellan midjehöjd och golvet. Ju närmare golvet den hänger desto mindre dramatiskt blir det, om den av någon anledning ramlar ner.

Experimentet

(15 minuter eller mer)

Ställ dig någon meter från burken och sätt eller kasta magneten mot burken. Målet är att få magneten att fastna. När du har lyckats med detta drar du försiktigt i snöret och sätter burken i rörelse.

Stora utslag
Om du drar så hårt att magneten ramlar av får du försöka igen. Genom att dra försiktigt i snöret och bara dra när burken är på väg mot dig kan du så småningom få burken att svänga med mycket stora utslag.

Om en annan person försedd med ett snöre med magnet står i 90 grader vid sidan om dig kan ni få burken att svänga längs diagonalen mellan er genom att ni drar försiktigt och samtidigt. Om ni drar i otakt kommer pendeln att röra sig i en cirkel.

Vad händer?

En mycket liten kraft, använd gång på gång och i rätt ögonblick, kan ge upphov till en mycket stor rörelse. Fenomenet kallas resonans. Ett känt exemplet på detta är när du hjälper någon att gunga på en lekplats. 

Första knuffen sätter igång rörelsen. Varje efterföljande knuff ska komma i precis rätt ögonblick för att öka svängningen. När du hållit på en stund kan gungan svänga med stora utslag utan att du behövt knuffa särskilt hårt.

Varje pendel, från gungan på lekplatsen till din hängande färgburk, har en naturlig frekvens som den vill svänga med. För att upptäcka denna naturliga frekvens behöver du bara dra pendeln åt sidan och släppa den.

Alltid i takt
Om du knuffar på gungan eller drar i magneten med en frekvens som överensstämmer med pendelns naturliga frekvens, kommer du alltid att vara i takt med rörelsen och svängningens utslag ökar. 

Du kan mäta pendelns naturliga frekvens med ett stoppur. Tag tiden för hur lång tid det tar för pendeln att göra 10 hela svängningar. En hel svängning är till exempel från ett vändläge tillbaka till samma läge igen. Dividera den tiden med 10. Du har nu bestämt tiden för en svängning. 

Rätta frekvensen
Frekvensen får du genom att dividera talet 1 med tiden för en svängning. Ett exempel: Om 10 svängningar tar 20 sekunder, så tar en svängning 2 sekunder. Frekvensen är 1 dividerat med 2 sekunder eller 0,5 svängningar per sekund (0,5 Hz eller 0,5 Hertz).

Observera också att du får samma frekvens oavsett om pendeln gör små eller stora utslag och om den är tung eller lätt. Vad är det då som bestämmer frekvensen? Ändra snörets längd och prova!

Den här utrustningen kan också användas för en dramatisk demonstration av omvandling mellan potentiell och kinetisk energi (lägesenergi och rörelseenergi). Drag burken mot dig tills den precis nuddar vid din näsa. Justera snörets längd om det behövs.

Stå mycket stilla
Släpp burken utan att knuffa till den och stå mycket stilla, framför allt rör inte huvudet framåt. Burken kommer att svänga och komma tillbaka och vända precis framför din näsa men utan att röra vid dig.

Burken träffar inte din näsa på grund av att den totala energin är konstant. Den potentiella energi burken har när du lyft upp den till näsan blir kinetisk energi när den svänger och sedan potentiell energi igen vid vändningen. 

Ganska obehagligt
För att kunna komma närmare dig måste pendeln också komma högre upp och för att komma högre upp behöver den mer energi. Om ingen extra energi tillförs under svängningen finns det ingen möjlighet för pendeln att träffa din näsa – men det känns ganska obehagligt när den med bra fart närmar sig ansiktet.

(Materialet ingår i Science Snacks och är översatt av NRCF med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco. Besök deras hemsida för mer inspiration, ny flik)