Galileo Galilejs (1564-1642) vispirms izpētīja, kāpēc svārsts šūpojas. Viņa darbs bija sākums mērījumu izmantošanai, lai izskaidrotu fundamentālos spēkus.
Kristiāns Huigenss 1666. gadā izmantoja svārsta regularitāti, lai izveidotu svārsta pulksteni, kas nodrošināja precizitāti, kas līdz tam nebija sasniegta. Šī jaunā ierīce bija precīza 15 sekunžu laikā dienā.
Sers Īzaks Ņūtons (1642-1727) izmantoja šo agrīno darbu, izstrādājot kustības likumus. Ņūtona darbs savukārt izraisīja vēlākus notikumus, piemēram, seismogrāfu zemestrīču mērīšanai.
Iespējas
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Svārstus var izmantot, lai parādītu, ka Zeme ir apaļa. Svārsti šūpojas ar uzticamu modeli un darbojas ar neredzamo smaguma spēku, kas mainās atkarībā no augstuma. Ja svārsts atrodas tieši virs ziemeļpola, šķiet, ka svārsta kustības modelis mainās divdesmit četru stundu laikā, bet tas nemainās. Zeme griežas, kamēr svārsts paliek vienā kustības plaknē.
Ir dažādi svārstu konstruēšanas veidi, kas maina to šūpošanos. Tomēr viņu darba pamatfizika vienmēr paliek nemainīga.
Struktūra
•••humonija / iStock / Getty Images
Vienkāršu svārstu var izgatavot ar auklu un svaru, kas pakārts no viena punkta. Auklai var izmantot citu materiālu, piemēram, stieni vai stiepli. Svars, ko sauc par bobu, var būt jebkura svara. To ilustrē Galileo eksperiments ar divu dažāda svara lielgabalu lodīšu nomešanu. Dažādas masas objekti gravitācijas spēka ietekmē paātrinās vienādā ātrumā.
Funkcija
•••cerae / iStock / Getty Images
Zinātne, kas atrodas aiz svārsta, tiek izskaidrota ar gravitācijas un inerces spēkiem.
Zemes gravitācija piesaista svārstu. Kad svārsts nekustīgi karājas, stieple un svars ir taisni un 90 grādu leņķī pret Zemi, jo gravitācija velk auklu un svaru uz Zemi. Inerces dēļ svārsts paliek miera stāvoklī, ja vien spēks neizraisa tā kustību.
Kad vads un svars tiek pārvietoti taisnā kustībā, svars un stieple darbojas zem inerces. Tas nozīmē, ka, tā kā svārsts tagad ir kustībā, tas turpina kustēties, ja vien nav spēka, kas iedarbojas, lai tas apstātos.
Smagums darbojas uz svārsta, kamēr tas kustas. Kustīgais spēks kļūst mazāks, jo smaguma spēks iedarbojas uz svārstu. Svārsts palēninās un pēc tam atgriežas sākuma punktā. Šis šūpošanās turp un atpakaļ spēks turpinās līdz brīdim, kad kustību sākušais spēks nav stiprāks par gravitāciju, un tad svārsts atkal ir miera stāvoklī.
Gravitācija nevelk svārstu atpakaļ, lai atgrieztos sākuma punktā pa to pašu ceļu. Gravitācijas spēks virza svārstu uz Zemes pusi.
Citi spēki darbojas pretēji kustīgā svārsta spēkam. Šie spēki ir gaisa pretestība (berze gaisā), atmosfēras spiediens (atmosfēra jūrā līmenis, kas samazinās augstākos augstumos) un berze vietā, kur atrodas stieples augšdaļa savienots.
Apsvērumi
•••stuartmiles99 / iStock / Getty Images
Ņūtons 1667. gadā rakstā Principia Mathematica rakstīja, ka sakarā ar to, ka Zeme ir eliptiska, gravitācija dažādos platuma grādos rada atšķirīgu ietekmes līmeni.
Kļūdaini priekšstati
•••ernstboese / iStock / Getty Images
Pētot svārstu, Galilejs atklāja, ka tas regulāri šūposies. Varēja izmērīt tā šūpoles, ko sauc par periodu. Vada garums svārsta periodu nemainīja.
Tomēr vēlāk, kad tika izstrādātas mehāniskas ierīces, piemēram, svārsta pulkstenis, tika konstatēts, ka svārsta garums patiešām maina periodu. Temperatūras izmaiņu rezultātā nedaudz mainās stieņa garums, kā rezultātā mainās periods.