Zakaj se nihalo niha?

Galileo Galilei (1564-1642) je najprej preučil, zakaj nihalo niha. Njegovo delo je bil začetek uporabe meritev za razlago temeljnih sil.

Christiaan Huygens je leta 1656 uporabil pravilnost nihala za izdelavo nihalne ure, ki je zagotavljala natančnost, ki do takrat še ni bila dosežena. Ta nova naprava je bila natančna v 15 sekundah na dan.

Sir Isaac Newton (1642-1727) je to zgodnje delo uporabil, ko je razvijal zakone gibanja. Newtonovo delo je nato pripeljalo do kasnejših dogodkov, kot je seizmograf za merjenje potresov.

•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images

Nihala lahko uporabimo, da pokažemo, da je Zemlja okrogla. Nihala se zibajo z zanesljivim vzorcem in delujejo z nevidno silo gravitacije, ki se spreminja glede na nadmorsko višino. Če je nihalo neposredno nad severnim tečajem, se zdi, da se vzorec gibanja nihala v štiriindvajsetih urah spremeni, vendar se ne. Zemlja se vrti, medtem ko nihalo ostane v isti ravnini gibanja.

Obstajajo različni načini izdelave nihal, ki spreminjajo način nihanja. Kljub temu osnovna fizika njihovega delovanja vedno ostaja enaka.

•••humonia / iStock / Getty Images

Preprosto nihalo je mogoče izdelati z vrvico in utežjo, obešeno na eno točko. Za vrvico lahko uporabimo drug material, na primer palico ali žico. Teža, ki ji pravimo bob, je lahko poljubne teže. To ponazarja Galilejev poskus spuščanja dveh topovskih krogel z različno težo. Predmeti z različno maso pospešujejo pod gravitacijsko silo z enako hitrostjo.

•••cerae / iStock / Getty Images

Znanost za nihalom je razložena s silami gravitacije in vztrajnosti.

Zemljina gravitacija privlači nihalo. Ko nihalo mirno visi, sta žica in utež ravna in pod kotom 90 stopinj na Zemljo, ko gravitacija vleče vrvico in utež na Zemljo. Inercija povzroči, da nihalo miruje, razen če ga sila povzroči, da se premika.

Ko se žica in utež premikata naravnost, utež in žica delujeta pod vztrajnostjo. To pomeni, da se nihalo, ko je zdaj v gibanju, še naprej premika, razen če obstaja sila, ki deluje tako, da se ustavi.

Gravitacija deluje na nihalo med gibanjem. Gibljiva sila postane manjša, ko sila gravitacije deluje na nihalo. Nihalo se upočasni in nato vrne na izhodišče. Ta sila nihanja naprej in nazaj se nadaljuje, dokler sila, ki je začela gibanje, ni močnejša od gravitacije, nato pa nihalo spet miruje.

Gravitacija ni vlečenje nihala nazaj, da se po isti poti vrne na začetno točko. Sila gravitacije vleče nihalo navzdol proti Zemlji.

Druge sile delujejo v nasprotju s silo gibljivega nihala. Te sile so zračni upor (trenje v zraku), atmosferski tlak (ozračje na morju) nivo, ki se na večjih nadmorskih višinah zmanjša) in trenje na mestu, kjer je vrh žice povezan.

•••stuartmiles99 / iStock / Getty Images

Newton je leta 1667 v knjigi Principia Mathematica zapisal, da zaradi eliptičnosti Zemlje gravitacija različno vpliva na različne zemljepisne širine.

•••ernstboese / iStock / Getty Images

Ko je preučeval nihalo, je Galileo odkril, da se bo nihalo redno. Njeno nihanje, imenovano obdobje, bi lahko izmerili. Dolžina žice na splošno ni spremenila obdobja nihala.

Kasneje pa je bilo z razvojem mehanskih naprav, kot je ura nihala, ugotovljeno, da dolžina nihala resnično spremeni obdobje. Zaradi temperaturnih sprememb se rahlo spremeni dolžina palice, rezultat pa je sprememba obdobja.