Galileo Galilei (1564-1642) untersuchte zuerst, warum ein Pendel schwingt. Seine Arbeit war der Beginn der Verwendung von Messungen zur Erklärung von Grundkräften.
Christiaan Huygens nutzte die Regelmäßigkeit des Pendels, um 1656 die Pendeluhr zu konstruieren, die eine bis dahin nicht erreichte Genauigkeit lieferte. Dieses neue Gerät war auf eine Genauigkeit von 15 Sekunden pro Tag genau.
Sir Isaac Newton (1642-1727) nutzte dieses frühe Werk bei der Entwicklung der Bewegungsgesetze. Newtons Arbeit wiederum führte zu späteren Entwicklungen wie dem Seismographen zur Messung von Erdbeben.
Eigenschaften
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Pendel können verwendet werden, um zu zeigen, dass die Erde rund ist. Pendel schwingen mit einem zuverlässigen Muster und arbeiten mit der unsichtbaren Schwerkraft, die je nach Höhe variiert. Wenn sich das Pendel direkt über dem Nordpol befindet, scheint sich das Bewegungsmuster des Pendels in einem Zeitrahmen von 24 Stunden zu ändern, aber das tut es nicht. Die Erde dreht sich, während das Pendel in derselben Bewegungsebene bleibt.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Pendel zu konstruieren, die ihre Schwingung verändern. Die grundlegende Physik hinter ihrer Funktionsweise bleibt jedoch immer gleich.
Struktur
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Ein einfaches Pendel kann mit einer Schnur und einem an einem einzigen Punkt aufgehängten Gewicht hergestellt werden. Für die Schnur kann auch anderes Material verwendet werden, wie beispielsweise ein Stab oder Draht. Das Gewicht, das als Bob bezeichnet wird, kann jedes Gewicht haben. Galileis Experiment, zwei Kanonenkugeln unterschiedlichen Gewichts fallen zu lassen, veranschaulicht dies. Gegenstände unterschiedlicher Masse beschleunigen unter der Schwerkraft gleich schnell.
Funktion
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Die Wissenschaft hinter dem Pendel wird durch die Schwerkraft und Trägheit erklärt.
Die Schwerkraft der Erde zieht das Pendel an. Wenn das Pendel still hängt, sind der Draht und das Gewicht gerade und in einem 90-Grad-Winkel zur Erde, da die Schwerkraft die Schnur und das Gewicht zur Erde zieht. Trägheit bewirkt, dass das Pendel in Ruhe bleibt, es sei denn, eine Kraft bewirkt, dass es sich bewegt.
Wenn Draht und Gewicht geradlinig bewegt werden, wirken Gewicht und Draht unter Trägheit. Dies bedeutet, dass das Pendel, da es jetzt in Bewegung ist, sich weiter bewegt, es sei denn, es wirkt eine Kraft, die es zum Stillstand bringt.
Die Schwerkraft wirkt auf das Pendel, während es sich bewegt. Die Bewegungskraft wird geringer, wenn die Schwerkraft auf das Pendel wirkt. Das Pendel wird langsamer und kehrt dann zum Ausgangspunkt zurück. Diese hin- und herschwingende Kraft hält an, bis die Kraft, die die Bewegung ausgelöst hat, nicht stärker ist als die Schwerkraft, und dann ist das Pendel wieder in Ruhe.
Die Schwerkraft zieht das Pendel nicht zurück, um auf demselben Weg zum Ausgangspunkt zurückzukehren. Die Schwerkraft zieht das Pendel nach unten zur Erde.
Andere Kräfte wirken der Kraft des sich bewegenden Pendels entgegen. Diese Kräfte sind Luftwiderstand (Reibung in der Luft), Atmosphärendruck (eine Atmosphäre auf See at Ebene, die in größeren Höhen abnimmt) und Reibung an der Stelle, an der die Spitze des Drahtes ist in Verbindung gebracht.
Überlegungen
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Newton schrieb 1667 in Principia Mathematica, dass die Schwerkraft aufgrund der elliptischen Erde in verschiedenen Breiten einen unterschiedlichen Einfluss ausübt.
Missverständnisse
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Als er das Pendel studierte, entdeckte Galilei, dass es regelmäßig schwingt. Sein Schwung, seine Periode genannt, konnte gemessen werden. Die Länge des Drahtes änderte im Allgemeinen die Periode des Pendels nicht.
Später, als mechanische Geräte wie die Pendeluhr entwickelt wurden, stellte sich jedoch heraus, dass die Länge des Pendels die Periode ändert. Temperaturänderungen führen zu einer geringfügigen Längenänderung des Stabes, mit der Folge einer Änderung der Periode.