מדוע מטוטלת חשובה מבחינה מדעית?

מטוטלות הן מכשירים פשוטים יחסית ונחקרו מאז המאה ה -17. המדען האיטלקי גלילאו גליליי החל בניסויים באמצעות מטוטלות בראשית המאה העשרים ושעון המטוטלת הראשון הומצא בשנת 1656 על ידי המדען ההולנדי כריסטיאן הויגנס. מאז אותם ימים ראשונים, למטוטלות המשיכו להיות תפקיד מרכזי בבניית מכונות מורכבות יותר, כמו גם לתרום להבנה המודרנית של הפיזיקה.

מטוטלת מורכבת ממשקל, הנקרא בוב, התלוי בנקודה קבועה. כאשר המטוטלת מופעלת, או נמשכת לכיוון כלשהו, ​​היא מציגה עקרון תנועה הנקרא אינרציה, שהוא חוק התנועה הראשון של ניוטון. זה קובע כי גוף במנוחה, נשאר במנוחה וגוף בתנועה נשאר בתנועה, אלא אם כן פועל על ידי כוח חיצוני. מטוטלות מספקות הוכחה לחוק התנועה הראשון של ניוטון.

זמן קצר לאחר שגלילאו החל ללמוד רשמית את תכונותיהם של מטוטלות, הוא תיאר את תצפיותיו במכתב לחבר. מכתבו של גלילאו תיאר את תגליתו כי הזמן שלוקח מטוטלת להתנדנד קדימה ואחורה נותר קבוע. מאוחר יותר, סנטוריו החל להשתמש במטוטלת למדידת הדופק של המטופל. באותה מאה לגילויו של גלילאו, החלו להשתמש במטוטלות כתחליף למנגנונים לא אמינים המניעים שעונים.

גלילאו השתמש במטוטלת כדי לבצע את מדידותיו על השפעות הכבידה. הוא הבחין כי הסיבה לכך שהמטוטלת נעה חזרה לכיוון תנוחת המנוחה היא בגלל כוח הכבידה המושך את הסלוב כלפי מטה. באמצעות מתמטיקה, והעובדה שהמטוטלת מתנודדת בקצב קבוע, הצליחה גלילאו לקבוע את ההשפעות המשוערות של משיכת כוח הכבידה. ניסויים מוקדמים אלה והשימוש במטוטלות מאפשרים למדענים לחשב את צורת כדור הארץ.

מדענים הניחו שכדור הארץ הוא כדור מסתובב עגול במשך אלפי שנים. עם זאת, רק בשנת 1851 - 200 שנה לאחר שהחל גלילאו בניסויים שלו - מדען אחר הצליח להוכיח את כדור הארץ. פוקו, פיזיקאי צרפתי, השתמש במטוטלת כדי להדגים לא רק שכדור הארץ מסתובב, אלא גם לוקח 24 שעות לעשות זאת. ההפגנות של פוקו מראות מטוטלת שנראית מסתובבת. למעשה, הגדרת המטוטלת הופכת את הסיבוב לבלתי אפשרי, כלומר הרצפה שמתחת למטוטלת מסתובבת.