Qu'est-ce qui affecte le taux d'oscillation d'un pendule ?

Un pendule est un appareil simple composé d'un poids suspendu à une ficelle, un fil, du métal ou un autre matériau qui oscille d'avant en arrière. Les pendules ont été utilisés dans les horloges grand-père et autres pour garder l'heure. Les principes scientifiques régissent ce qui affecte le taux d'oscillation du pendule. Ces principes prédisent le comportement d'un pendule en fonction de ses caractéristiques.

TL; DR (trop long; n'a pas lu)

Les forces de gravité, la masse du pendule, la longueur du bras, le frottement et la résistance de l'air affectent tous le taux d'oscillation.

Tirez un pendule en arrière et relâchez-le. Vous pouvez laisser le pendule osciller d'avant en arrière ou, dans le cas d'une horloge, le faire osciller grâce aux engrenages. Dans tous les cas, le principe du mouvement périodique affecte le pendule. La force de gravité tire le poids, ou bob, vers le bas lorsqu'il se balance. Le pendule agit comme un corps qui tombe, se déplaçant vers le centre du mouvement à un rythme régulier puis revenant.

Le taux d'oscillation, ou la fréquence, du pendule est déterminé par sa longueur. Plus le pendule est long, qu'il s'agisse d'une ficelle, d'une tige métallique ou d'un fil, plus le pendule oscille lentement. Inversement, plus le pendule est court, plus le taux d'oscillation est rapide. Cela représente un principe absolu qui fonctionnera toujours quel que soit le type de conception. Sur les horloges grand-père avec de longs pendules ou les horloges avec des horloges plus courtes, le taux d'oscillation dépend de la longueur du pendule.

L'amplitude fait référence à l'angle d'oscillation, ou à quelle distance le pendule oscille. Un pendule au repos a un angle de 0 degré; tirez-le à mi-chemin entre le repos et parallèle au sol et vous avez un angle de 45 degrés. Démarrez un pendule et vous déterminez l'amplitude. Expérimentez avec différents points de départ et vous découvrirez que l'amplitude n'affecte pas le taux de swing. Il faudra au pendule le même temps pour revenir à son point de départ. Une exception implique un très grand angle, au-delà de toute oscillation raisonnable pour une horloge ou tout autre appareil. Dans ce cas, le taux d'oscillation sera affecté à mesure que le pendule ira plus vite.

Un facteur qui n'affecte pas le taux de swing est le poids du bob. Augmentez le poids sur le pendule et la gravité tire juste plus fort, égalisant le poids supplémentaire. Comme le souligne School for Champions, la force de gravité sur tout objet qui tombe est la même, quelle que soit la masse de l'objet.

Dans une application réelle, la résistance de l'air affecte le taux d'oscillation. Chaque swing rencontre cette résistance et cela ralentit le swing, bien que cela puisse ne pas être suffisant pour être perceptible au cours d'un swing. La friction ralentit également le swing. Si le pendule oscille en fonction de l'inertie du déclenchement initial, il finira par s'arrêter.

Le taux d'oscillation d'un pendule s'ajuste lorsqu'il est placé à proximité d'un autre pendule. Ce phénomène est appelé vibration sympathique. Les pendules transmettent le mouvement et l'énergie d'avant en arrière. Ce transfert finira par faire que le taux d'oscillation d'un pendule sera identique à celui de l'autre pendule.