มีผลต่ออัตราการแกว่งของลูกตุ้มอะไร

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• การเคลื่อนไหว
• ความยาว
• ความกว้าง
• มวล
• ความต้านทานอากาศ / แรงเสียดทาน
• เห็นใจสั่นสะเทือน

ลูกตุ้มเป็นอุปกรณ์ง่ายๆที่ประกอบด้วยน้ำหนักที่แขวนอยู่บนเชือกลวดโลหะหรือวัสดุอื่น ๆ ที่แกว่งไปมา Pendulums ถูกนำมาใช้ในนาฬิกาคุณปู่และชอบที่จะให้เวลา หลักการทางวิทยาศาสตร์ควบคุมสิ่งที่มีผลต่ออัตราการสวิงของลูกตุ้ม หลักการเหล่านี้ทำนายว่าลูกตุ้มทำงานอย่างไรโดยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของมัน

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

แรงโน้มถ่วง, มวลของลูกตุ้ม, ความยาวของแขน, แรงเสียดทานและความต้านทานอากาศล้วนส่งผลต่ออัตราการสวิง

การเคลื่อนไหว

ดึงลูกตุ้มกลับมาแล้วปล่อย คุณสามารถปล่อยให้ลูกตุ้มแกว่งกลับไปกลับมาด้วยตัวเองหรือในกรณีของนาฬิกา ทั้งสองวิธีหลักการของการเคลื่อนที่เป็นระยะมีผลต่อลูกตุ้ม แรงโน้มถ่วงดึงน้ำหนักหรือตุ้มลงเมื่อมันเหวี่ยง ลูกตุ้มทำหน้าที่เหมือนวัตถุที่ตกลงมาเคลื่อนที่ไปยังศูนย์กลางของการเคลื่อนที่ด้วยอัตราคงที่จากนั้นกลับมา

ความยาว

อัตราการสวิงหรือความถี่ของลูกตุ้มถูกกำหนดโดยความยาว ยิ่งลูกตุ้มยาวขึ้นไม่ว่าจะเป็นสายแกนโลหะหรือลวดยิ่งแกว่งลูกตุ้มช้าลง ในทางกลับกันลูกตุ้มที่สั้นลงจะทำให้อัตราการสวิงเร็วขึ้น สิ่งนี้แสดงถึงหลักการแบบสัมบูรณ์ซึ่งจะทำงานได้ไม่ว่าชนิดของการออกแบบจะเป็นอย่างไร สำหรับนาฬิกาคุณปู่ที่มีลูกตุ้มยาวหรือนาฬิกาที่มีขนาดสั้นกว่าอัตราการสวิงจะขึ้นอยู่กับความยาวของลูกตุ้มนาฬิกา

ความกว้าง

Amplitude หมายถึงมุมของการสวิงหรือระยะหลังของการแกว่งของลูกตุ้ม ลูกตุ้มที่พักผ่อนมีมุมเป็น 0 องศา ดึงกลับครึ่งทางระหว่างพักและขนานกับพื้นและคุณมีมุม 45 องศา เริ่มลูกตุ้มและคุณกำหนดขนาด ทดลองกับจุดเริ่มต้นที่แตกต่างกันและคุณค้นพบว่าแอมพลิจูดไม่ส่งผลต่ออัตราการสวิง มันจะใช้ลูกตุ้มในเวลาเท่ากันเพื่อกลับไปยังจุดเริ่มต้น หนึ่งข้อยกเว้นเกี่ยวข้องกับมุมที่มีขนาดใหญ่มากหนึ่งนอกเหนือจากการแกว่งที่เหมาะสมสำหรับนาฬิกาหรืออุปกรณ์อื่น ๆ ในกรณีนั้นอัตราการสวิงจะได้รับผลกระทบเนื่องจากลูกตุ้มทำงานเร็วขึ้น

มวล

ปัจจัยหนึ่งที่ไม่ส่งผลกระทบต่ออัตราการแกว่งคือน้ำหนักของบ๊อบ เพิ่มน้ำหนักให้กับลูกตุ้มและแรงโน้มถ่วงเพียงแค่ดึงให้หนักขึ้น เมื่อ School for Champions ชี้ให้เห็นพลังแห่งแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่ตกลงมานั้นไม่เหมือนกันไม่ว่าวัตถุจะมีมวลมากเพียงใดก็ตาม

ความต้านทานอากาศ / แรงเสียดทาน

ในการใช้งานจริงอากาศต้านทานส่งผลกระทบต่ออัตราการสวิง การสวิงแต่ละครั้งจะพบความต้านทานนั้นและทำให้การแกว่งช้าลงถึงแม้ว่ามันอาจจะไม่เพียงพอที่จะสังเกตได้ในระหว่างการสวิงครั้งเดียว แรงเสียดทานยังทำให้การแกว่งช้าลง หากลูกตุ้มแกว่งตามแรงเฉื่อยจากการปล่อยครั้งแรกในที่สุดมันจะหยุดลง

เห็นใจสั่นสะเทือน

อัตราการสวิงของลูกตุ้มจะปรับเมื่อวางไว้ใกล้กับลูกตุ้มตัวอื่น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสั่นสะเทือนแบบเห็นอกเห็นใจ ลูกตุ้มผ่านการเคลื่อนที่และพลังงานไปมา การถ่ายโอนนี้ในที่สุดจะทำให้อัตราการแกว่งของลูกตุ้มหนึ่งจะเหมือนกับลูกตุ้มตัวอื่น