Heitä vasara ja näe fysiikka! Älypuhelinsovellus paljastaa massakeskipisteen kauniin liikeradan

Olen fysiikan opettaja Ken Kuwako. Jokainen päivä on kokeilu.

Heitä nuijaa! Tunne itsesi Hammer Broksi!

Stroboskooppikuvista tuli jokapäiväistä hupia!

Oletteko koskaan nähneet stroboskooppikuvaa? Fysiikan oppikirjoissa on usein sivuja, joissa pallo lentää kaaressa tai juoksijan liike on paloiteltu sarjakuvamaiseksi otokseksi. Oletteko miettineet, miten ne on oikein otettu? Perinteisesti se vaatii pimeän huoneen, avoimen sulkimen ja tasaisin väliajoin välähtävän valon, joka vangitsee liikkuvan kohteen jokaisen hetken yhdelle kuvalle.

Vaikka tekisi mieli kokeilla, erikoislaitteet ja pimiöt eivät yleensä löydy kotoa. Mutta ajat ovat muuttuneet. Nykyään iPhone-sovellukset, kuten erilaiset ”motion shot” -työkalut, tekevät työn puolestasi. Sovellus tunnistaa liikkuvan kohteen maisemasta automaattisesti ja yhdistää sen radan yhdeksi kuvaksi. Tänään esittelen kokeen, jossa paljastamme monimutkaisen liikkeen taakse kätkeytyvän fysiikan kauniin lainalaisuuden tämän sovelluksen avulla.

Mitä tarvitset

Nuijan (myös kuminuija käy), eristysteippiä ja iPhone-sovelluksen.

Huomautus: Käytä puista tai kumista vasaraa, jotta lattia ei vaurioidu. Muista huolehtia turvallisuudesta heittäessäsi!

Toimi näin

① Aluksi valmistelut. Etsi nuijan painopiste (tasapainopiste). Kokeile tukea nuijaa yhdellä sormella ja etsi kohta, jossa se pysyy täydellisessä tasapainossa. Merkitse tämä kohta kiertämällä siihen eristysteippiä. ② Käynnistä sovellus ja valmistaudu kuvaamaan. On helpompaa, jos joku muu toimii kuvaajana.

③ Paina kuvauspainiketta ja heitä nuija ilmaan niin, että se pyörii. Tunne on kuin Super Marion Hammer Brolla!

④ Säädä kuvauksen jälkeen sovelluksen aikaväliä niin, etteivät hahmot mene liikaa päällekkäin ja lopputulos näyttää hyvältä. ⑤ Tulosta kuva ja piirrä kynällä viiva nuijan painopisteen (teippikohdan) kautta. ⑥ Vertaa viivaa matematiikasta tuttuun parabeliin. Valmista tuli. Helppoa, eikö vain? (^^) Katso alta video todellisesta tilanteesta. Vaikka nuija pyörii villisti, yksi piste liikkuu täydellisen säännöllisesti.

Korostetaanpa nuijan painopistettä (teipattua kohtaa). Piirretään parabeli grafiikkaohjelmalla ja asetetaan se kuvan päälle.

Kun kaksi kuvaa yhdistetään läpinäkyvästi, tulos on entistä mielenkiintoisempi.

Kun mittasuhteet säädetään kohdalleen, ne täsmäävät hämmästyttävän tarkasti.

Massapisteen seuraamisen taito

Kun katsot koko vasaraa, sen varsi heiluu sinne tänne ja koko esine tuntuu pyörivän hallitsemattomasti. Mutta kun keskityt vain painopisteeseen, huomaat sen piirtävän kauniin ja puhtaan parabelin. Fysiikassa (mekaniikassa) kappaleita käsitellään usein ”massapisteinä” – pisteinä, joilla on massaa mutta ei kokoa – jotta niiden liikettä voidaan kuvata selkeillä kaavoilla.

Saatat ajatella, että ”kokoa omaavan esineen liike on liian monimutkaista laskettavaksi!”, mutta totuus on, että seuraamalla vain painopistettä, minkä tahansa monimutkaisesti pyörivän kohteen reitti voidaan ennustaa täydellisesti yksinkertaisella matemaattisella kaavalla. Tämä on fysiikan voima: kyky löytää järjestys kaaoksen keskeltä. Oikeassa maailmassa ilmanvastus ja tuuli vaikuttavat, mutta nekin voidaan lisätä laskelmiin, jolloin saadaan äärimmäisen tarkkoja ennusteita, aivan kuten rakettien lentoratoja laskettaessa.

Tämä vasarakoe on kuuluisa esimerkki, joka löytyy monista tiedekirjoista. On kuitenkin aivan eri asia lukea siitä kirjasta kuin nähdä omalla puhelimellaan, että ”se todellakin muodosti parabelin!”. Kannustankin teitä suuntaamaan puistoon ja kokeilemaan fysiikan lakien tallentamista omin käsin.

Yhteydenotot ja tiedustelut

Tiedettä ja sen riemua lähemmäs arkea! Kerään tänne helposti ymmärrettäviä ohjeita kotona tehtäviin kokeisiin. Käy tutustumassa! ・Tiedemuistiinpanoistani on tullut kirja. Lue lisää täältä. ・Lisää tietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta löydät täältä. ・Toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, tiedekerhot, TV-konsultointi jne.) täältä. ・Päivitykset löytyvät myös X-palvelusta!

Tiedekanavallani on lisää koevideoita!