▷ Маятник

В этой статье объясняется, что такое маятники и каковы их характеристики. Кроме того, вы сможете увидеть, какие бывают виды маятников.

Что такое маятник?

Маятник представляет собой массу, подвешенную к фиксированной точке и способную свободно колебаться. Другими словами, маятник — это физическая система, состоящая из массы, подвешенной к фиксированной точке на проволоке или веревке и которая может свободно колебаться между двумя крайностями.

Когда массу маятника перемещают из положения покоя, то есть положения равновесия, а затем отпускают, масса ускоряется к положению равновесия под действием силы тяжести. Тогда масса начнет колебаться из стороны в сторону, пока не остановится в равновесном положении за счет трения с воздухом.

Например, движение маятника хорошо видно в маятниковых часах, гиря которых многократно качается слева направо для измерения времени. Таким образом, колебательное движение, совершаемое маятником, называется маятниковым движением .

Простой маятник

Простой маятник , также называемый математическим маятником или идеальным маятником , представляет собой систему, состоящую из частицы массы, подвешенной к фиксированной точке на проволоке определенной длины.

В физике простой маятник используется для изучения колебательного движения подвешенной массы. Если к массе приложить силу, она будет колебаться из одной стороны в другую, проходя через положение равновесия, и, следовательно, описывать колебательное движение.

Кроме того, в физике в простом маятнике пренебрегают трением массы о воздух, поэтому предполагается, что маятник колеблется бесконечно и что все колебания имеют одинаковую амплитуду.

➤ См.: Простой маятник (физика)

Характеристики простого маятника

Простой маятник определяется следующими характеристиками или частями:

Длина (ℓ) : длина нити, которая идет от неподвижной точки простого маятника до центра тяжести объекта, который осуществляет движение маятника.
Колебания : это дуга, которую проходит масса между крайними положениями простого маятника плюс его возвращение в исходное положение.
Период (T) : время, необходимое для завершения колебания.
Частота (f) : количество колебаний, которые простой маятник совершает за единицу времени.
Угол (θ) : угол, образованный струной маятника и вертикалью.
Амплитуда (Θ) : угол, образованный вертикалью и хордой простого маятника, когда он находится в крайнем положении.

характеристики простого маятника, части простого маятника, элементы простого маятника

Простые формулы маятника

Уравнение колебательного движения простого маятника имеет вид:

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

Золото:

$\theta$

— угол, образованный струной простого маятника и струной.
$\Theta$

– амплитуда простого маятника.
$\omega$

— пульсация или угловая частота простого маятника.
$t$

момент, в который рассчитывается угол.
$\phi$

Это начальная фаза простого маятника.

С другой стороны, формула расчета периода простого маятника с малой амплитудой колебаний выглядит следующим образом:

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

Золото:

$T$

– период простого маятника.
$\ell$

— длина струны простого маятника.
$g$

– ускорение свободного падения, значение которого на Земле составляет 9,81 м/с ² .

Виды маятников

Виды маятников :

Простой маятник.
Сложный маятник.
Циклоидальный маятник.
Двойной маятник.
Маятник Фуко.
Поворот маятника.
Сферический маятник.

Ниже вы можете увидеть, из чего состоит каждый тип маятника, кроме простого маятника, работа которого уже подробно объяснена выше. Так же следует отметить, что существуют и другие виды маятников, но они используются гораздо реже.

Композитный маятник

Сложный маятник , также называемый физическим маятником , представляет собой любое твердое тело, которое может свободно колебаться вокруг фиксированной горизонтальной оси, которая не проходит через его центр масс.

Циклоидальный маятник

Циклоидальный маятник основан на геометрической кривой, называемой циклоидой, которая представляет собой кривую, описывающую точку на окружности, когда она катится по прямой без скольжения.

Двойной маятник

Двойной маятник представляет собой систему, состоящую из двух маятников, при этом второй маятник подвешен к другому маятнику, имеющему фиксированный верхний конец. В общем, это объединение двух простых маятников.

Этот тип маятника имеет две степени свободы, которые представляют собой углы, образуемые каждым маятником с вертикалью.

Маятник Фуко

Маятник Фуко — маятник, который может свободно качаться в любой вертикальной плоскости. Этот тип маятника обязан своим названием французскому физику Леону Фуко, который его изобрел.

В качестве диковинки этот тип маятника можно использовать для демонстрации вращения Земли.

поворот маятника

Крутильный маятник — это тип маятника, состоящий из проволоки или проволоки, подвешенной вертикально с фиксированным верхним концом, и, с другой стороны, тела, подвешенного к ее нижнему концу, которое вращает проволоку.

Обычно на нижнем конце крутильного маятника подвешивается тело с известным или легко вычисляемым моментом инерции, например диск или цилиндр. Таким образом, диск или цилиндр совершает колебательное вращательное движение, осью которого является вертикальная резьба.

сферический маятник

Сферический маятник — это маятник, который может раскачиваться в пространстве. Другими словами, сферический маятник подобен простому маятнику, но вместо того, чтобы раскачиваться в одной плоскости, он может раскачиваться в пространстве.

Например, маятник Фуко представляет собой сферический маятник, поскольку он колеблется не только в одной плоскости, как простой маятник, но, скорее, колеблется в трех измерениях.