สิ่งที่ส่งผลต่ออัตราการแกว่งของลูกตุ้ม?

ลูกตุ้มเป็นอุปกรณ์ธรรมดาที่ประกอบด้วยน้ำหนักที่แขวนอยู่บนเชือก ลวด โลหะ หรือวัสดุอื่นๆ ที่แกว่งไปมา ลูกตุ้มถูกใช้ในนาฬิการุ่นคุณปู่และชอบเก็บเวลา หลักการทางวิทยาศาสตร์ควบคุมสิ่งที่ส่งผลต่ออัตราการแกว่งของลูกตุ้ม หลักการเหล่านี้ทำนายว่าลูกตุ้มทำงานอย่างไรตามคุณสมบัติของมัน

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

แรงโน้มถ่วง มวลของลูกตุ้ม ความยาวของแขน ความเสียดทาน และแรงต้านของอากาศ ล้วนส่งผลต่ออัตราการแกว่ง

ดึงลูกตุ้มกลับแล้วปล่อย คุณสามารถปล่อยให้ลูกตุ้มแกว่งไปมาด้วยตัวเอง หรือในกรณีของนาฬิกา ให้แกว่งด้วยเกียร์ หลักการของการเคลื่อนที่เป็นระยะจะส่งผลต่อลูกตุ้มไม่ว่าด้วยวิธีใด แรงโน้มถ่วงดึงน้ำหนักหรือกระดกลงมาในขณะที่แกว่ง ลูกตุ้มทำหน้าที่เหมือนวัตถุที่ตกลงมา เคลื่อนที่เข้าหาศูนย์กลางของการเคลื่อนไหวในอัตราคงที่แล้วกลับมา

อัตราการแกว่งหรือความถี่ของลูกตุ้มถูกกำหนดโดยความยาว ยิ่งลูกตุ้มยาว ไม่ว่าจะเป็นเชือก แท่งโลหะ หรือลวด ลูกตุ้มก็จะแกว่งช้าลง ในทางกลับกัน ยิ่งลูกตุ้มสั้นเท่าไหร่ อัตราการแกว่งก็จะเร็วขึ้น สิ่งนี้แสดงถึงหลักการที่แน่นอนที่จะใช้งานได้เสมอไม่ว่าการออกแบบจะเป็นประเภทใด สำหรับนาฬิการุ่นปู่ที่มีลูกตุ้มยาวหรือนาฬิกาที่มีลูกตุ้มสั้นกว่า อัตราการแกว่งขึ้นอยู่กับความยาวของลูกตุ้ม

แอมพลิจูดหมายถึงมุมของการแกว่ง หรือระยะหลังการแกว่งของลูกตุ้ม ลูกตุ้มพักมีมุม 0 องศา; ดึงกลับครึ่งหนึ่งระหว่างพักและขนานกับพื้น คุณจะได้มุม 45 องศา เริ่มลูกตุ้มและคุณกำหนดแอมพลิจูด ทดลองกับจุดเริ่มต้นต่างๆ แล้วคุณจะพบว่าแอมพลิจูดไม่ส่งผลต่ออัตราการแกว่ง ลูกตุ้มจะใช้เวลาเท่ากันเพื่อกลับไปยังจุดเริ่มต้น ข้อยกเว้นประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับมุมที่กว้างมาก มุมหนึ่งที่อยู่เหนือวงสวิงที่สมเหตุสมผลสำหรับนาฬิกาหรืออุปกรณ์อื่นๆ ในกรณีนั้นอัตราการแกว่งจะได้รับผลกระทบเมื่อลูกตุ้มเคลื่อนที่เร็วขึ้น

ปัจจัยหนึ่งที่ไม่ส่งผลต่ออัตราการแกว่งคือน้ำหนักของบ๊อบ เพิ่มน้ำหนักบนลูกตุ้มและแรงโน้มถ่วงเพียงแค่ดึงให้หนักขึ้นและให้น้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ตามที่ School for Champions ชี้ให้เห็น แรงโน้มถ่วงบนวัตถุที่ตกลงมาจะเท่ากันไม่ว่าวัตถุจะมีมวลเท่าใด

ในการใช้งานจริง แรงต้านของอากาศส่งผลต่ออัตราการแกว่ง วงสวิงแต่ละครั้งจะพบกับแนวต้านนั้นและจะทำให้วงสวิงช้าลง ถึงแม้ว่ามันอาจจะไม่เพียงพอที่จะเห็นได้ในระหว่างการสวิงหนึ่งครั้ง แรงเสียดทานยังทำให้วงสวิงช้าลง หากลูกตุ้มแกว่งตามแรงเฉื่อยจากการปล่อยครั้งแรกในที่สุดมันก็จะหยุดลง

อัตราการแกว่งของลูกตุ้มจะปรับเมื่อวางไว้ใกล้กับลูกตุ้มอีกอัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสั่นสะเทือนที่เห็นอกเห็นใจ ลูกตุ้มส่งผ่านการเคลื่อนไหวและพลังงานไปมา การถ่ายโอนนี้ในที่สุดจะทำให้อัตราการแกว่งของลูกตุ้มหนึ่งจะเหมือนกันกับของลูกตุ้มอื่น