מה משפיע על קצב הנדנדה של מטוטלת?

מטוטלת היא מכשיר פשוט המורכב ממשקל תלוי על חוט, חוט, מתכת או חומר אחר שמתנדנד קדימה ואחורה. מטוטלים שימשו בשעוני סבא וכדומה כדי לשמור על זמן. עקרונות מדעיים קובעים מה משפיע על קצב הנדנדה של המטוטלת. עקרונות אלה מנבאים כיצד מטוטלת מתנהגת על סמך תכונותיה.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

כוחות הכובד, מסת המטוטלת, אורך הזרוע, החיכוך והתנגדות האוויר משפיעים על קצב התנופה.

משוך מטוטלת לאחור ושחרר אותה. אתה יכול לתת למטוטלת להתנדנד קדימה ואחורה בכוחות עצמה, או במקרה של שעון, להניע אותה באמצעות ההילוכים. כך או כך עקרון התנועה המחזורית משפיע על המטוטלת. כוח הכבידה מושך את המשקל, או את הבוב, למטה כשהוא מתנדנד. המטוטלת פועלת כמו גוף נופל, נע לכיוון מרכז התנועה בקצב קבוע ואז חוזר.

קצב התנופה, או התדירות, של המטוטלת נקבע על פי אורכו. ככל שהמטוטלת ארוכה יותר, בין אם מדובר בחוט, מוט מתכת או חוט, כך המטוטלת מתנדנדת לאט יותר. לעומת זאת ככל שהמטוטלת קצרה יותר כך קצב הנדנדה מהיר יותר. זה מייצג עקרון מוחלט שתמיד יעבוד ולא משנה סוג העיצוב. בשעוני סבא עם מטוטלות ארוכות או שעונים עם קצרים יותר, קצב הנדנדה תלוי באורך המטוטלת.

משרעת מתייחסת לזווית הנדנדה, או כמה רחוק אחורה המטוטלת מתנדנדת. מטוטלת מנוחה זווית של 0 מעלות; משוך אותו לאחור באמצע בין מנוחה ומקבילה לקרקע ויש לך זווית של 45 מעלות. התחל מטוטלת ותקבע את המשרעת. התנסו בנקודות התחלה שונות ותגלו שהמשרעת אינה משפיעה על קצב הנדנדה. ייקח למטוטלת אותה פרק זמן לחזור לנקודת ההתחלה שלה. יוצא מן הכלל אחד כולל זווית גדולה מאוד, מעבר לכל נדנדה סבירה לשעון או לכל מכשיר אחר. במקרה כזה קצב הנדנדה יושפע ככל שהמטוטלת הולכת מהר יותר.

גורם אחד שאינו משפיע על קצב הנדנדה הוא משקל הבוב. הגדל את המשקל על המטוטלת וכוח המשיכה פשוט מושך יותר חזק, ערב את המשקל הנוסף. כפי שציין בית הספר לאלופים, כוח הכובד על כל אובייקט שנופל הוא זהה ולא משנה מה מסת האובייקט.

ביישום בעולם האמיתי עמידות האוויר משפיעה על קצב הנדנדה. כל נדנדה נתקלת בהתנגדות זו והיא מאטה את הנדנדה, אם כי זה אולי לא מספיק כדי להבחין במהלך נדנדה אחת. גם חיכוך מאט את הנדנדה. אם המטוטלת מתנדנדת על בסיס אינרציה מהשחרור הראשוני בסופו של דבר היא תיעצר.

קצב הנדנדה של המטוטלת מסתגל כאשר הוא ממוקם בסמוך למטוטלת אחרת. תופעה זו נקראת רטט סימפטי. המטוטלות מעבירות תנועה ואנרגיה קדימה ואחורה. העברה זו תביא בסופו של דבר לקצב הנדנדה של מטוטלת אחת להיות זהה לזה של המטוטלת השנייה.