▷ البندول

يشرح هذا المقال ما هي البندولات وما هي خصائصها. وبالإضافة إلى ذلك، سوف تكون قادرا على معرفة ما هي أنواع البندول المختلفة.

ما هو البندول؟

يتكون البندول من كتلة معلقة من نقطة ثابتة وقادرة على التأرجح بحرية. وبعبارة أخرى، البندول هو نظام فيزيائي يتكون من كتلة معلقة من نقطة ثابتة بواسطة سلك أو حبل والتي يمكن أن تتأرجح بحرية بين طرفين.

عندما تتحرك كتلة البندول من موضع سكونها، أي موضع اتزانها، ثم تتحرر، تتسارع الكتلة نحو موضع اتزانها تحت تأثير الجاذبية. ثم تبدأ الكتلة بالتأرجح من جانب إلى آخر حتى تتوقف في وضع اتزانها بسبب احتكاكها بالهواء.

على سبيل المثال، تظهر حركة البندول بوضوح في الساعة البندولية، التي يتأرجح وزنها بشكل متكرر من اليسار إلى اليمين لقياس الوقت. وبالتالي فإن الحركة التذبذبية التي يحدثها البندول تسمى حركة البندول .

البندول البسيط

البندول البسيط ، ويسمى أيضًا البندول الرياضي أو البندول المثالي ، هو نظام يتكون من جسيم من الكتلة معلق من نقطة ثابتة بواسطة سلك بطول معين.

في الفيزياء، يتم استخدام البندول البسيط لدراسة الحركة التذبذبية للكتلة المعلقة. إذا تم تطبيق قوة على الكتلة، فإنها سوف تتأرجح من جانب إلى آخر مروراً بموضع توازنها، وبالتالي تصف الحركة التذبذبية.

علاوة على ذلك، في الفيزياء، في البندول البسيط، يتم إهمال احتكاك الكتلة بالهواء، لذلك يفترض أن البندول يهتز إلى أجل غير مسمى وأن جميع التذبذبات لها نفس السعة.

➤ انظر: البندول البسيط (الفيزياء)

خصائص البندول البسيط

يتم تعريف البندول البسيط بالخصائص أو الأجزاء التالية:

الطول (ℓ) : هو طول الخيط الذي يمتد من النقطة الثابتة في البندول البسيط إلى مركز ثقل الجسم الذي يقوم بحركة البندول.
التذبذب : هو القوس الذي تتحركه الكتلة بين أقصى موضعين للبندول البسيط مضافًا إليه عودته إلى موضعه الابتدائي.
الدورة (T) : هي الزمن اللازم لإتمام التذبذب.
التردد (f) : هو عدد الاهتزازات التي يحدثها البندول البسيط في وحدة الزمن.
الزاوية (θ) : هي الزاوية التي يشكلها وتر البندول والعمودي.
السعة (Θ) : هي الزاوية التي يشكلها العمودي ووتر البندول البسيط عندما يكون في أقصى موضعه.

خصائص البندول البسيط، أجزاء البندول البسيط، عناصر البندول البسيط

صيغ البندول البسيطة

معادلة الحركة الاهتزازية للبندول البسيط هي:

$\theta=\Theta\cdot\text{sin}(\omega\cdot t+\phi)$

ذهب:

$\theta$

هي الزاوية التي يشكلها وتر البندول البسيط والخيط.
$\Theta$

هي سعة البندول البسيط.
$\omega$

هو النبض أو التردد الزاوي للبندول البسيط.
$t$

هي اللحظة التي يتم فيها حساب الزاوية.
$\phi$

هي المرحلة الأولية للبندول البسيط.

من ناحية أخرى، فإن صيغة حساب فترة البندول البسيط ذو التذبذبات ذات السعة المنخفضة هي كما يلي:

$\displaystyle T=2\pi\sqrt{\frac{\ell}{g}}$

ذهب:

$T$

هي فترة البندول البسيط.
$\ell$

هو طول وتر البندول البسيط.
$g$

هو تسارع الجاذبية الذي تبلغ قيمته على الأرض 9.81 م/ث ² .

أنواع البندول

أنواع البندول هي:

البندول بسيط.
البندول المركب.
البندول الدائري.
البندول المزدوج.
بندول فوكو.
تطور البندول.
البندول الكروي.

أدناه يمكنك أن ترى مما يتكون كل نوع من البندول، باستثناء البندول البسيط، الذي سبق أن تم شرح تشغيله بالتفصيل أعلاه. وبالمثل، تجدر الإشارة إلى أن هناك أنواعا أخرى من البندول، لكنها تستخدم في كثير من الأحيان أقل بكثير.

البندول المركب

البندول المركب ، ويسمى أيضًا البندول الفيزيائي ، هو أي جسم صلب يمكنه الاهتزاز بحرية حول محور أفقي ثابت، ولا يمر عبر مركز كتلته.

البندول الدائري

يعتمد البندول الدائري على منحنى هندسي يسمى الدائري، وهو المنحنى الذي يصف نقطة على الدائرة وهي تتحرك في خط مستقيم دون انزلاق.

البندول المزدوج

البندول المزدوج هو نظام يتكون من بندولين، بحيث يكون البندول الثاني معلقاً من بندول آخر له نهاية علوية ثابتة. بشكل عام، هو اتحاد بندولين بسيطين.

يتمتع هذا النوع من البندول بدرجتين من الحرية، وهما الزوايا التي يصنعها كل بندول مع الرأسي.

بندول فوكو

بندول فوكو هو بندول يمكنه التأرجح بحرية في أي مستوى رأسي. يعود اسم هذا النوع من البندول إلى الفيزيائي الفرنسي ليون فوكو، الذي اخترعه.

ومن باب الفضول، يمكن استخدام هذا النوع من البندول لإثبات دوران الأرض.

تطور البندول

بندول الالتواء هو نوع من البندول يتكون من سلك أو سلك معلق عموديًا مع تثبيت طرفه العلوي، ومن ناحية أخرى، جسم معلق من طرفه السفلي يقوم بتدوير السلك.

عادةً، يتدلى الجسم ذو عزم القصور الذاتي المعروف أو المحسوب بسهولة من الطرف السفلي لبندول الالتواء، مثل القرص أو الأسطوانة. وهكذا يقوم القرص أو الأسطوانة بحركة دورانية تذبذبية محورها الخيط العمودي.

البندول الكروي

البندول الكروي هو بندول يمكنه التأرجح في الفضاء. بمعنى آخر، البندول الكروي يشبه البندول البسيط، ولكن بدلاً من التأرجح في مستوى واحد، يمكنه التأرجح في الفضاء.

على سبيل المثال، بندول فوكو هو بندول كروي، لأنه لا يهتز في مستوى واحد فقط كما يفعل البندول البسيط، بل يتأرجح في ثلاثة أبعاد.

رقاص الساعة