Jednoduché kyvadlo verzus zložené kyvadlo
Kyvadlá sú typom objektov, ktoré vykazujú periodické oscilačné pohyby. Jednoduché kyvadlo je základná forma kyvadla, ktorú poznáme, zatiaľ čo zložené kyvadlo je rozšírenou formou jednoduchého kyvadla. Obe tieto zariadenia sú veľmi dôležité pre pochopenie odborov, akými sú klasická mechanika, vlny a vibrácie a ďalšie súvisiace oblasti fyziky. V tomto článku budeme diskutovať o tom, čo je jednoduché kyvadlo a zložené kyvadlo, ich fungovanie, matematické vzorce, ktoré opisujú pohyb jednoduchého kyvadla a zloženého kyvadla, ich aplikácie, podobnosti medzi jednoduchým kyvadlom a zloženým kyvadlom a nakoniec rozdiel medzi jednoduchým kyvadlom a zloženým kyvadlom.
Jednoduché kyvadlo
Jednoduché kyvadlo sa skladá z čapu, struny a závažia. Pre zjednodušenie výpočtov sa predpokladá, že struna je neelastická a má nulovú hmotnosť a viskozita vzduchu na hmote je zanedbateľná. Struna je otočná a hmota je zavesená na strune tak, aby sa mohla voľne kývať. Jediné sily, ktoré pôsobia na hmotu, sú gravitačná sila a napätie struny. Pohyb jednoduchého kyvadla pre veľmi malé uhly je údajne vo forme jednoduchých harmonických kmitov. Jednoduchý harmonický pohyb je definovaný ako pohyb v tvare a=– (ω^2) x, kde „a“je zrýchlenie a „x“je posunutie z bodu rovnováhy. Člen ω je konštanta. Jednoduchý harmonický pohyb vyžaduje vratnú silu. V tomto prípade je vratnou silou konzervatívne silové pole gravitácie. Celková mechanická energia systému je zachovaná. Doba kmitania je daná vzťahom kde l je dĺžka struny a g je gravitačné zrýchlenie. Ak je prítomná viskozita alebo iná sila tlmenia, systém je identifikovaný ako tlmená oscilácia.
Zložené kyvadlo
Zložené kyvadlo, ktoré je známe aj ako fyzické kyvadlo, je rozšírením jednoduchého kyvadla. Fyzické kyvadlo je akékoľvek tuhé teleso, ktoré sa otáča tak, aby sa mohlo voľne kývať. Zložené kyvadlo má bod nazývaný stred oscilácie. Toto je umiestnené vo vzdialenosti L od čapu, kde L je dané L=I/mR; tu je m hmotnosť kyvadla, I je moment zotrvačnosti nad otočným čapom a R je vzdialenosť ťažiska od čapu. Perióda oscilácie fyzického kyvadla je daná vzťahom T=L je známa ako dĺžka otáčania.
Aký je rozdiel medzi jednoduchým a zloženým kyvadlom?
• Perióda a teda aj frekvencia jednoduchého kyvadla závisí len od dĺžky struny a gravitačného zrýchlenia. Perióda a frekvencia zloženého kyvadla závisí od dĺžky otáčania, momentu zotrvačnosti a hmotnosti kyvadla, ako aj od gravitačného zrýchlenia.
• Fyzické kyvadlo je skutočným scenárom jednoduchého kyvadla.
