Ce afectează rata de oscilare a unui pendul?

Un pendul este un dispozitiv simplu compus dintr-o greutate suspendată pe un șir, sârmă, metal sau alt material care se leagănă înainte și înapoi. Pendulele au fost folosite în ceasurile bunicilor și altele asemenea pentru a păstra timpul. Principiile științifice guvernează ceea ce afectează rata de oscilare a pendulului. Aceste principii prezic modul în care un pendul se comportă pe baza trăsăturilor sale.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Forțele gravitaționale, masa pendulului, lungimea brațului, fricțiunea și rezistența la aer afectează viteza de oscilare.

Trageți un pendul înapoi și eliberați-l. Puteți lăsa pendulul să se învârtă singur sau înainte, sau, în cazul unui ceas, lăsați-l să acționeze acționat de unelte. Oricum, principiul mișcării periodice afectează pendulul. Forța gravitației trage greutatea sau bobul în jos în timp ce se leagănă. Pendulul acționează ca un corp care cade, deplasându-se către centrul mișcării într-un ritm constant și apoi revenind.

Rata de oscilație sau frecvența pendulului este determinată de lungimea sa. Cu cât pendulul este mai lung, indiferent dacă este un șir, o tijă metalică sau o sârmă, cu atât pendulul se leagănă mai lent. În schimb, cu cât pendulul este mai scurt, cu atât este mai mare viteza de oscilare. Acesta reprezintă un principiu absolut care va funcționa întotdeauna indiferent de tipul de design. La ceasurile bunicului cu pendule lungi sau cu cele mai scurte, rata de oscilare depinde de lungimea pendulului.

Amplitudinea se referă la unghiul de oscilație sau la cât de departe se leagănă pendulul. Un pendul în repaus are un unghi de 0 grade; trageți-l înapoi la jumătatea distanței dintre odihnă și paralel cu solul și aveți un unghi de 45 de grade. Porniți un pendul și determinați amplitudinea. Experimentați cu diferite puncte de plecare și descoperiți că amplitudinea nu afectează rata de swing. Pendulului va fi nevoie de aceeași perioadă de timp pentru a reveni la punctul său de plecare. O excepție implică un unghi foarte mare, unul dincolo de orice leagăn rezonabil pentru un ceas sau orice alt dispozitiv. În acest caz, rata de oscilare va fi afectată pe măsură ce pendulul merge mai repede.

Un factor care nu afectează rata de oscilare este greutatea bobului. Creșteți greutatea pe pendul și gravitația doar trage mai tare, diminuând greutatea suplimentară. După cum subliniază Școala pentru Campioni, forța gravitațională asupra oricărui obiect care cade este aceeași, indiferent de masa obiectului.

Într-o aplicație din lumea reală, rezistența la aer afectează rata de oscilare. Fiecare leagăn întâmpină această rezistență și încetinește leagănul, deși s-ar putea să nu fie suficient pentru a fi vizibil în timpul unui leagăn. Fricțiunea încetinește și leagănul. Dacă pendulul se leagănă pe baza inerției de la eliberarea inițială, în cele din urmă se va opri.

Rata de oscilare a unui pendul se ajustează atunci când este plasată în imediata apropiere a unui alt pendul. Acest fenomen se numește vibrație simpatică. Pendulele trec mișcarea și energia înainte și înapoi. Acest transfer va determina în cele din urmă rata de oscilare a unui pendul să fie identică cu cea a celuilalt pendul.