Galileo Galilei (1564-1642) najskôr študoval, prečo sa kyvadlo hojdá. Jeho prácou bol začiatok používania meraní na vysvetlenie základných síl.
Christiaan Huygens využil pravidelnosť kyvadla na zostrojenie kyvadlových hodín v roku 1656, čo poskytovalo presnosť, ktorá sa dovtedy nedosahovala. Toto nové zariadenie bolo presné do 15 sekúnd za deň.
Sir Isaac Newton (1642-1727) využil toto rané dielo pri vývoji pohybových zákonov. Newtonova práca zasa viedla k neskoršiemu vývoju, ako je seizmograf na meranie zemetrasení.
Vlastnosti
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Pomocou kyvadiel sa dá zistiť, že Zem je guľatá. Kyvadlá sa hojdajú spoľahlivým vzorom a pracujú s neviditeľnou gravitačnou silou, ktorá sa líši v závislosti od nadmorskej výšky. Ak je kyvadlo priamo nad severným pólom, zdá sa, že sa pohybový vzorec kyvadla mení v časovom rozmedzí 24 hodín, ale nemení sa to. Zem sa otáča, zatiaľ čo kyvadlo zostáva v rovnakej rovine pohybu.
Existujú rôzne spôsoby konštrukcie kyvadiel, ktoré menia spôsob ich hojdania. Základná fyzika ich fungovania však vždy zostáva rovnaká.
Štruktúra
•••humonia / iStock / Getty Images
Jednoduché kyvadlo je možné vyrobiť zo šnúrky a závažia zaveseného z jedného bodu. Na šnúrku je možné použiť iný materiál, napríklad tyč alebo drôt. Váha, ktorá sa nazýva bob, môže mať akúkoľvek váhu. Ilustruje to Galileov experiment s odhodením dvoch delových gúľ rôznej hmotnosti. Predmety rozdielnej hmotnosti sa zrýchľujú pod gravitačnou silou rovnakou rýchlosťou.
Funkcia
•••cerae / iStock / Getty Images
Veda za kyvadlom sa vysvetľuje pomocou gravitačných síl a zotrvačnosti.
Gravitácia Zeme priťahuje kyvadlo. Keď kyvadlo nehybne visí, drôt a závažie sú priame a sú v 90-stupňovom uhle k Zemi, keď gravitácia ťahá špagát a závažie k Zemi. Zotrvačnosť spôsobí, že kyvadlo zostane v pokoji, pokiaľ ho sila nepohybuje.
Keď sa drôt a závažie pohybujú priamym pohybom, závažie a drôt pôsobia zotrvačnosťou. To znamená, že pretože kyvadlo je teraz v pohybe, neustále sa pohybuje, pokiaľ nevyvinie silu, ktorá ho zastaví.
Gravitácia pracuje na kyvadle, zatiaľ čo sa pohybuje. Pohyblivá sila sa zmenšuje, keď gravitačná sila pôsobí na kyvadlo. Kyvadlo sa spomalí a potom sa vráti do východiskového bodu. Táto sila s kývavým pohybom tam a späť pokračuje, kým sila, ktorá zahájila pohyb, nie je silnejšia ako gravitácia, a potom je kyvadlo opäť v pokoji.
Gravitácia neťahá kyvadlo späť, aby sa vrátila do počiatočného bodu rovnakou cestou. Gravitačná sila ťahá kyvadlo smerom dole k Zemi.
Ostatné sily pôsobia proti sile pohybujúceho sa kyvadla. Tieto sily sú odpor vzduchu (trenie vo vzduchu), atmosférický tlak (atmosféra na mori) úroveň, ktorá sa zmenšuje vo vyšších nadmorských výškach) a trenie v mieste, kde je horná časť drôtu pripojený.
Úvahy
•••stuartmiles99 / iStock / Getty Images
Newton napísal v roku 1667 v časopise Principia Mathematica, že vďaka tomu, že je Zem eliptická, uplatňuje gravitácia v rôznych zemepisných šírkach inú úroveň vplyvu.
Mylné predstavy
•••ernstboese / iStock / Getty Images
Keď študoval kyvadlo, Galileo zistil, že sa bude pravidelne hojdať. Jeho švih, ktorý sa nazýva perióda, sa dal zmerať. Dĺžka drôtu vo všeobecnosti nezmenila periódu kyvadla.
Avšak neskôr, keď boli vyvinuté mechanické zariadenia, ako sú kyvadlové hodiny, sa zistilo, že dĺžka kyvadla skutočne mení periódu. Výsledkom teplotných zmien je mierna zmena dĺžky tyče, čo má za následok zmenu obdobia.
