Lihtne pendel / SHM

periood, energia ja isokronism — animeeritult

Interaktiivse simulatsiooni laadimine...

miks mass ei loe — Galileo oli õige 🖖

Lase 10 kg raskus ja 1 g sulg samalt kõrguselt kukkuda (ilma õhutakistuseta) — nad maanduvad korraga. Sama tühistamine kehtib pendli puhul: gravitatsioon tõmbab raskemale pendlile tugevamalt, kuid sellel on ka suurem inerts. Mõlemad efektid tühistavad teineteise täpselt ja mass kaob võrrandist. Alles jäävad ainult pikkus ja gravitatsioon. Allpool animeeritud kaks pendlit on sama pikkusega, kuid erineva gravitatsiooniga — Maa kiirem, Kuu aeglasem.

isokronism — miks pendel hoiab aega 🖖

Tõuka pendlit õrnalt või anna talle korralik hoog — mõõdukate kõikumiste puhul kestab iga edasi-tagasi liikumine peaaegu täpselt sama kaua. Seda amplituudist sõltumatust nimetatakse isokronismiks ja just seepärast hoiab pendel ühtlaselt aega, isegi kui ta kõikumine tasapisi vaibub. Periood järgib valemit T = 2π√(L/g), nii et pikkus mõjub ruutjuure kaudu: kaks korda aeglasema takti saamiseks on vaja neljakordset pikkust, mitte kahekordset.

kell, mis mõõtis Maa kuju 🖖

Aastal 1672 viis astronoom Jean Richer täpse pendelkella Pariisist Cayenne'i ekvaatori lähedale — ja seal jäi kell ööpäevas umbes 2,5 minutit taha. Muutunud polnud pendel, vaid raskuskiirendus. Maa pöörleb ja pundub seetõttu ekvaatoril, kus g on nõrgem, mis pikendab iga perioodi pisut. Newton haaras sellest kinni: tagasihoidlik kell oli mõõtnud planeedi kuju ja tõestanud, et Maa on lapik pöördellipsoid, mitte täiuslik kera.

Näiteülesanded

  • 1m, Maa - L=1m, Maa — T=2.006 s, klassikalise põrandakella pikkus
  • 1m, Kuu - L=1m, Kuu (g=1.62) — T=4.939 s, 2.5× aeglasem kui Maal
  • 4m, Maa - L=4m, Maa — T=4.013 s; neljakordne pikkus kahekordistab perioodi
  • suur nurk - θ₀=75°, L=1m — T˜2.17 s; täpne periood on ~8% pikem kui väikese nurga lähendus