Маятник
Это понятие впервые встречается на программе «Инженерия и системный подход к решению задач» — примерно 11-12 лет (5-6 класс).
Груз на нити или стержне, который качается туда-сюда через одно и то же место. Оттянул и отпустил — качается сам.
Качели: раскачал и отпустил — качаются туда-сюда сами, пока не остановятся.
Подвесить гайку на нитку, качнуть и сосчитать, сколько качаний она делает за 10 секунд; укоротить нить вдвое и показать, что качаний стало больше.
Груз, подвешенный на нити и качающийся под действием силы тяжести. Один полный размах туда-обратно — это период; частота (в герцах) — сколько размахов в секунду. Главное: период зависит от длины нити, а не от массы груза — чем длиннее нить, тем медленнее качается. На этом стоял точный ход старинных маятниковых часов.
Собрать маятники с нитью 25 и 100 см, сосчитать качания за 20 секунд у каждого и показать, что длинный качается реже; сменить груз на более тяжёлый и убедиться, что счёт не изменился.
Математический маятник: при малых отклонениях период T = 2π·√(l/g), где l — длина нити, g ≈ 9,8 м/с². От массы груза и (при малом угле) от размаха период не зависит — это изохронность. Частота f = 1/T. Маятник длиной 1 м имеет период ≈2 с. На больших углах формула перестаёт работать. Из-за трения колебания затухают, поэтому часам нужен подзавод.
Измерить секундомером период маятника длиной 1 м (≈2 с), сверить с расчётом по T = 2π·√(l/g); предсказать период для нити 0,25 м (≈1 с) и проверить замером.
Частое заблуждение
«Тяжёлый груз качается быстрее лёгкого». Нет: период маятника зависит от длины нити, а не от массы груза; чтобы качался чаще, нить укорачивают, а не меняют груз.