رقاص
الرقّاص أو قد يسمى الخطارأو النوّاس جسم مرتبط بنقطة محورية ثابتة بخيط/حبل بحيث يستطيع أن يتحرك بحرية في مستوي واحد ، من اليمين إلى اليسار . العالم الفرنسى ليون فوكو (1819-1868) هو مكتشف الرقاص.
يقع الجسم تحت تأثير قوة الجاذبية التي تُسارعه إلى حين الوصول إلى حد أقصى على الناحية الأخرى فيتوقف لحظة. ثم تعيده قوة الجاذبية في إتجاه نقطة التوازن (أقل ارتفاع)، ولكن نظرا لسرعته المكتسبة يتعدى نقطة التوازن . يتحرك رقاص الساعة من نهاية عظمى يمنى إلى نهاية عظمى يسرى . يستغرق رقاص الساعة بين النهاية العظمى اليمنى إلى النهاية العظمى اليسرى والعودة إلى النهاية العظمى اليمنى 1 ثانية . فيكون زمن دورته 1 ثانية. يعتمد زمن الدورة على طول الرقاص . فإذا كانت الساعة تؤخر وجب تقصير طول الرقاص ، وإذا كانت الساعة تقدم وجب زيادة طول الرقاص .
كل ما تحتاج لهذه التجربة هو رقاص ساعة. ولصناعة الرقاص اربط ثقل في طرف خيط أو سلسلة خفيفة الوزن .
الثقل ليس له وزن معين لكن لا تعلق عشرة كيلوجرامات مثلا على الخيط وأيضا لا تعلق ريشة عصفور.
يكفي ثقل مناسب بين مئة إلى ثلاثمئة جرام لبناء الرقاص.
و شيء آخر مهم في الرقاص الا يكون الثقل مائلا إلى أحد الجوانب عندما يتدلى من الخيط حتى لا يُحتك بالهواء .
و مهم أيضا الا يبدأ الخيط بالدوران على نفسه عندما يتدلى منه الثقل .
لتفادي ذلك استخدم سلسلة من النوع التي تكون مصنوعة من مجموعة كرات معدنية صغيرة (كرات معدنية وليس حلقات).
اختر للخيط او السلسلة طولا معينا وقم بقياس الزمن الذي يستغرقه الرقاص للذهاب والعودة إلى نقطة البدء . تلك هي زمن الدورة . كرر القياس بعد زيادة طول السلسلة وقس زمن الدورة . تجد ان زمن الدورة يختلف باختلاف طول السلسلة.
عندما يتحرك جسم في مجال كمجال الجاذبية الأرضية ، وهذه هي حركة الرقاص ، تكون مجموع طاقة الحركة و طاقة وضعه دائما ثابته - طالما لا يوجد احتكاك . فإذا رمزنا لطاقة حركة الجسم بالرمز K ورمزنا لطاقة وضعه بالرمز V ، تنطبق المعادلة على حركة الجسم :
في جميع الأوقات .
ونحسب طاقة الوضع لجسم من المعادلة :
فإدا حسبنا تلك المعادلة حصلنا على مقدار طاقة وضعه بالكيلوجرام . متر/ثانية . أو الجول .
وهما من وحدات الطاقة.
رأينا أعلاه كيف نستطيع حساب طاقة الوضع. نفترض كرة من الحديد كتلتها 1 كيلوجرام معلقة بحبل طوله 2 متر ، ونفترض أن كتلة الحبل مهملة بالنسبة إلى كتلة الكرة الحديدية .
نزيح الكرة المعلقة مسافة إلى الجانب بحيث ترتفع عن وضعها الأول (وضع السكون) 1و0 متر . من هذه المعلومات يمكننا حساب تغير طاقة وضع الكرة بتغير ارتفاعها ، طبقا للمعادلة :
بالتعويض عن تلك القيم نحصل على طاقة وضع الكرة عند أعلى نقطة على مسارها :
formula_5 .. كيلوجرام . متر/ثانية
من ناحية أخرى نعرف أن عند أعلى نقطة على مسار الكرة الدائري تكون طاقة حركة الكرة مساوية للصفر وتبدأ في الزيادة بالحركة في اتجاه نقطة السكون ، وعندها تبلغ سرعة الكرة أعلى قدر لها .
أي تكون طاقة وضع الكرة قد تحولت إلى أقصى طاقة حركة لها عند النقطة الوسطية (السفلى) . إذن نستطيع كتابة المعادلة التي تعطي طاقة الحركة للكرة عند تلك النقطة ، وهي :
أي أن طاقة حركة الكرة عند النقطة الوسطية تساوي:
والوحدة هنا أيضا كيلوجرام . متر/ثانية
ومنها نستطيع حساب السرعة القصوى v للكرة:
السرعة القصوى = 1.4 متر/الثانية