Mengapa Pendulum Berayun?

Galileo Galilei (1564-1642) pertama kali mempelajari mengapa pendulum berayun. Karyanya adalah awal dari penggunaan pengukuran untuk menjelaskan gaya fundamental.

Christiaan Huygens memanfaatkan keteraturan bandul untuk membangun jam bandul pada tahun 1656, yang memberikan akurasi yang sampai saat itu belum tercapai. Perangkat baru ini akurat dalam waktu 15 detik sehari.

Sir Isaac Newton (1642-1727) memanfaatkan karya awal ini saat ia mengembangkan hukum gerak. Pekerjaan Newton pada gilirannya menyebabkan perkembangan selanjutnya seperti seismograf untuk mengukur gempa bumi.

•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images

Pendulum dapat digunakan untuk menunjukkan bahwa bumi itu bulat. Pendulum berayun dengan pola yang andal dan beroperasi dengan gaya gravitasi yang tidak terlihat, yang bervariasi tergantung pada ketinggian. Jika pendulum berada tepat di atas Kutub Utara, pola pergerakan pendulum tampak berubah dalam kerangka waktu dua puluh empat jam tetapi ternyata tidak. Bumi berputar sementara bandul tetap pada bidang gerakan yang sama.

Ada berbagai cara membangun pendulum yang mengubah cara mereka berayun. Namun, fisika dasar di balik cara kerjanya selalu tetap sama.

•••humonia/iStock/Getty Images

Sebuah bandul sederhana dapat dibuat dengan seutas tali dan pemberat digantung pada satu titik. Bahan lain dapat digunakan untuk tali, seperti batang atau kawat. Bobotnya, yang disebut bob, bisa berapa pun bobotnya. Eksperimen Galileo untuk menjatuhkan dua bola meriam dengan berat yang berbeda menggambarkan hal ini. Benda dengan massa yang berbeda mengalami percepatan di bawah gaya gravitasi dengan laju yang sama.

•••cerae/iStock/Getty Images

Ilmu di balik pendulum dijelaskan melalui gaya gravitasi dan inersia.

Gravitasi bumi menarik pendulum. Ketika pendulum tergantung diam, kawat dan beratnya lurus dan pada sudut 90 derajat ke Bumi saat gravitasi menarik tali dan berat ke Bumi. Inersia menyebabkan pendulum tetap diam kecuali ada gaya yang menyebabkannya bergerak.

Ketika kawat dan berat dipindahkan dalam gerakan lurus, berat dan kawat bekerja di bawah inersia. Ini berarti bahwa karena pendulum sekarang bergerak, pendulum terus bergerak, kecuali ada gaya yang bekerja untuk menghentikannya.

Gravitasi bekerja pada bandul saat bergerak. Gaya bergerak menjadi kurang karena gaya gravitasi bekerja pada pendulum. Pendulum melambat dan kemudian kembali ke titik awal. Gaya ayun bolak-balik ini berlanjut sampai gaya yang memulai gerakan tidak lebih kuat dari gravitasi, dan kemudian bandul diam lagi.

Gravitasi tidak menarik pendulum kembali untuk kembali ke titik awal di sepanjang jalan yang sama. Gaya gravitasi menarik pendulum ke bawah menuju Bumi.

Gaya lain bertindak berlawanan dengan gaya pendulum yang bergerak. Gaya-gaya tersebut adalah hambatan udara (gesekan di udara), tekanan atmosfer (atmosfer di laut). tingkat, yang berkurang pada ketinggian yang lebih tinggi) dan gesekan pada titik di mana bagian atas kawat berada terhubung.

•••stuartmiles99/iStock/Getty Images

Newton menulis pada tahun 1667, di Principia Mathematica, bahwa karena Bumi berbentuk elips, gravitasi memberikan tingkat pengaruh yang berbeda pada garis lintang yang berbeda.

•••ernstboese/iStock/Getty Images

Ketika ia mempelajari pendulum, Galileo menemukan bahwa itu akan berayun secara teratur. Ayunannya, yang disebut periodenya, dapat diukur. Panjang kawat pada umumnya tidak mengubah periode bandul.

Namun, kemudian, seiring berkembangnya perangkat mekanis, seperti jam bandul, ditemukan bahwa panjang bandul memang mengubah periode. Perubahan suhu mengakibatkan sedikit perubahan pada panjang batang, yang mengakibatkan perubahan periode.