Proste wahadło kontra wahadło złożone
Wahadła to rodzaj obiektów, które wykazują okresowe ruchy oscylacyjne. Wahadło proste jest podstawową formą wahadła, z którą jesteśmy bardziej zaznajomieni, natomiast wahadło złożone jest rozszerzoną formą wahadła prostego. Oba te urządzenia są bardzo ważne w zrozumieniu takich dziedzin, jak mechanika klasyczna, fale i wibracje oraz inne pokrewne dziedziny fizyki. W tym artykule omówimy, czym jest wahadło proste i wahadło złożone, ich działanie, wzory matematyczne opisujące ruch wahadła prostego i wahadła złożonego, zastosowania tych dwóch, podobieństwa między wahadłem prostym i wahadłem złożonym oraz wreszcie różnica między wahadłem prostym a wahadłem złożonym.
Proste wahadło
Proste wahadło składa się z czopa, struny i masy. Dla ułatwienia obliczeń przyjmuje się, że struna jest nieelastyczna i ma zerową masę, a lepkość powietrza na masie jest pomijalna. Sznurek jest obracany, a masa jest zawieszona na strunie, dzięki czemu może swobodnie oscylować. Jedyne siły działające na masę to siła grawitacji i napięcie struny. Mówi się, że ruch prostego wahadła pod bardzo małymi kątami ma postać prostych drgań harmonicznych. Prosty ruch harmoniczny definiuje się jako ruch przyjmujący postać a = - (ω ^ 2) x, gdzie „a” to przyspieszenie, a „x” to przemieszczenie z punktu równowagi. Termin ω jest stałą. Prosty ruch harmoniczny wymaga siły przywracającej. W tym przypadku siłą przywracającą jest zachowawcze pole sił grawitacji. Zachowana jest całkowita energia mechaniczna systemu. Okres oscylacji jest określony wzorem, gdzie l jest długością struny, a g jest przyspieszeniem grawitacyjnym. Jeśli występuje lepkość lub jakakolwiek inna siła tłumiąca, układ jest identyfikowany jako tłumione oscylacje.
Wahadło złożone
Wahadło złożone, znane również jako wahadło fizyczne, jest przedłużeniem wahadła prostego. Wahadło fizyczne to dowolne sztywne ciało, które jest obracane tak, że może swobodnie oscylować. Wahadło złożone ma punkt zwany środkiem oscylacji. Jest to umieszczone w odległości L od osi, gdzie L jest określone przez L = I / mR; tutaj m jest masą wahadła, I jest momentem bezwładności nad osią, a R jest odległością od osi do środka masy. Okres oscylacji fizycznego wahadła jest określony przez T = L, czyli długość bezwładności.
Jaka jest różnica między wahadłami prostymi i złożonymi?
• Okres, a tym samym częstotliwość wahadła prostego zależy tylko od długości struny i przyspieszenia ziemskiego. Okres i częstotliwość wahadła złożonego zależą od długości bezwładności, momentu bezwładności i masy wahadła, a także przyspieszenia ziemskiego.
• Wahadło fizyczne to rzeczywisty scenariusz prostego wahadła.
