Powrót

1. Figury Chladniego
Mgr Magdalena Kułakowska
Wydział Fizyki i Techniki Jądrowej AGH
    W tym eksperymencie pobudzamy do drgań sztywną tarczę, wykonaną ze sprężystego materiału. Przy odpowiednio dobranej częstotliwości generatora tarcza zaczyna drgać w szczególny sposób: wszystkie jej punkty oscylują z tą samą częstotliwością i równocześnie mijają położenie równowagi, różnią się natomiast amplitudą. Obszary drgające w przeciwnych fazach rozgraniczone są liniami, wzdłuż których amplituda jest równa zeru. Ten rodzaj drgań nazywamy ,,drganiem własnym'', a towarzyszącą mu częstotliwość - częstotliwością własną.
    Jeśli powierzchnię tarczy pobudzonej do drgań własnych posypiemy drobnym piaskiem lub solą, ziarenka zostaną wymiecione z drgających części i ułożą się wzdłuż linii o zerowej amplitudzie. Utworzone w ten sposób wzory są niekiedy bardzo skomplikowane, a ich symetria odpowiada symetrii tarczy. Wzory te nazywamy figurami Chladniego - od nazwiska niemieckiego fizyka, który zbadał je jako pierwszy pod koniec XVIII wieku.
    Wygląd figur Chladniego zależy oczywiście od kształtu tarczy i od sposobu jej zamocowania (czyli od ,,warunków brzegowych''). W prezentowanym tutaj pokazie użyto dwóch tarcz - kwadratowej i okrągłej. W obu przypadkach tarcza była unieruchomiona w środku. W naszym doświadczeniu tarcza pobudzana jest do drgań przy pomocy głośnika, emitującego dźwięk o ustalonej częstotliwości. Częstotliwość tę można płynnie regulować. Na powierzchni tarczy rozsypana jest sól. Stopniowo zwiększamy częstotliwość drgań: widać, że figury Chladniego tworzą się tylko przy niektórych częstościach (są to częstości własne), natomiast przy częstościach pośrednich sól rozsypuje się chaotycznie po całej powierzchni tarczy. Co więcej, dla każdej częstości własnej otrzymujemy figurę o innym, niepowtarzalnym kształcie.

Film w formacie QuickTime (7.7 MB)

Do odtwarzania konieczny QuickTime Player
( film posiada ścieżkę dźwiękową)

Demonstracja wyróżniona w konkursie z okazji XXXV Zjazdu Fizyków Polskich

2. Niepowtarzalne Wahadło

Mgr Magda Kułakowska, Andrzej Paździerko
Wydział Fizyki i Techniki Jądrowej AGH
"Niepowtarzalne wahadło" ma prostą konstrukcję, składa się z dość ciężkiego lejka mosiężnego, który zawieszony jest na cienkim pręcie. Takie wahadło może wahać się wokół osi poziomej i obracać się wokół osi pionowej. W punktach ruchomych zostały zamontowane łożyska, aby tarcie było jak najmniejsze. Zasadniczą rolę odgrywa tutaj sposób umocowania wahadła, a mianowicie wahadło jest umocowane w pewnej odległości od pionowej osi obrotu i właśnie ten fakt powoduje stałe przenoszenie ruchu między wahaniami i obrotami. W tej demonstracji źródłem nieliniowości jest sprzężenie między dwoma stopniami swobody wahadła: kątem obrotu wokół osi pionowej i kątem wychylenia. Takie wahadło jest przykładem ruchu chaotycznego, przypomnę, że cechą charakterystyczną chaosu jest duża wrażliwość na małe zmiany warunków początkowych, a takie zmiany tutaj występują. Trajektorie wahadła są rejestrowane w postaci krzywej tworzonej przez wysypującą się sól z lejka. Kształty te tworzą na czarnej podkładce piękne wzory, za każdym razem zupełnie inne.

Doświadczenie nagrodzone w III Ogólnopolskim Konkursie na Doświadczenie Pokazowe z Fizyki zorganizowanym przez Uniwersytet Jagielloński w ramach "JARMARKU FIZYCZNEGO 2000"