Galileo Galilei (1564-1642) a d'abord étudié pourquoi un pendule oscille. Son travail a marqué le début de l'utilisation des mesures pour expliquer les forces fondamentales.
Christiaan Huygens a utilisé la régularité du pendule pour construire l'horloge à pendule en 1656, qui a fourni une précision jusqu'alors jamais atteinte. Ce nouvel appareil était précis à 15 secondes près par jour.
Sir Isaac Newton (1642-1727) a utilisé ces premiers travaux pour développer les lois du mouvement. Les travaux de Newton ont à leur tour conduit à des développements ultérieurs tels que le sismographe pour mesurer les tremblements de terre.
Caractéristiques
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Les pendules peuvent être utilisés pour montrer que la Terre est ronde. Les pendules oscillent selon un modèle fiable et fonctionnent avec la force de gravité invisible, qui varie en fonction de l'altitude. Si le pendule est directement au-dessus du pôle Nord, le modèle de mouvement du pendule semble changer dans un délai de vingt-quatre heures, mais ce n'est pas le cas. La Terre tourne alors que le pendule reste dans le même plan de mouvement.
Il existe différentes manières de construire des pendules qui modifient leur oscillation. Pourtant, la physique de base derrière leur fonctionnement reste toujours la même.
Structure
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Un simple pendule peut être fabriqué avec une ficelle et un poids suspendu à un seul point. Un autre matériau peut être utilisé pour la ficelle, comme une tige ou un fil. Le poids, appelé bob, peut être de n'importe quel poids. L'expérience de Galilée consistant à faire tomber deux boulets de canon de poids différents illustre cela. Des objets de masses différentes accélèrent sous la force de gravité à la même vitesse.
Une fonction
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La science derrière le pendule s'explique par les forces de gravité et d'inertie.
La gravité terrestre attire le pendule. Lorsque le pendule est immobile, le fil et le poids sont droits et à un angle de 90 degrés par rapport à la Terre alors que la gravité tire la corde et le poids vers la Terre. L'inertie fait que le pendule reste au repos à moins qu'une force ne le fasse bouger.
Lorsque le fil et le poids sont déplacés dans un mouvement rectiligne, le poids et le fil agissent par inertie. Cela signifie que puisque le pendule est maintenant en mouvement, il continue de bouger, à moins qu'il n'y ait une force qui agisse pour le faire s'arrêter.
La gravité agit sur le pendule pendant qu'il se déplace. La force de déplacement diminue à mesure que la force de gravité agit sur le pendule. Le pendule ralentit puis revient au point de départ. Cette force de va-et-vient se poursuit jusqu'à ce que la force qui a déclenché le mouvement ne soit pas plus forte que la gravité, puis le pendule est à nouveau au repos.
La gravité ne tire pas le pendule en arrière pour revenir au point de départ le long du même chemin. La force de gravité tire le pendule vers la Terre.
D'autres forces agissent en opposition à la force du pendule en mouvement. Ces forces sont la résistance de l'air (frottement dans l'air), la pression atmosphérique (une atmosphère en mer niveau, qui diminue à des altitudes plus élevées) et le frottement au point où le haut du fil est lié.
Considérations
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Newton a écrit en 1667, dans les Principia Mathematica, qu'en raison du fait que la Terre est elliptique, la gravité exerce un niveau d'influence différent à différentes latitudes.
Idées fausses
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Lorsqu'il étudia le pendule, Galilée découvrit qu'il oscillait régulièrement. Son swing, appelé sa période, pouvait être mesuré. La longueur du fil en général n'a pas changé la période du pendule.
Cependant, plus tard, au fur et à mesure que des dispositifs mécaniques ont été développés, tels que l'horloge à pendule, il a été constaté que la longueur du pendule changeait la période. Les changements de température entraînent un léger changement dans la longueur de la tige, avec pour résultat un changement dans la période.