Ποιες είναι οι επιστημονικές αρχές ενός εκκρεμούς;
Ένα απλό εκκρεμές αποτελείται από μια μάζα (που ονομάζεται bob) που αιωρείται από μια χορδή ή σύρμα αμελητέως μάζας. Το σημείο της ανάρτησης είναι σταθερό και το bob είναι ελεύθερο να κουνηθεί εμπρός και πίσω υπό την επήρεια βαρύτητας.
1. Περίοδος ταλάντωσης
Η περίοδος ταλάντωσης ενός απλού εκκρεμούς είναι ο χρόνος που χρειάζεται για το Bob να κάνει μια πλήρη ταλάντωση, από το ένα ακραίο σημείο προς το άλλο και πάλι πίσω. Η περίοδος ταλάντωσης δίνεται από τον ακόλουθο τύπο:
`` `
T =2π√ (L/G)
`` `
όπου:
* T είναι η περίοδος ταλάντωσης σε δευτερόλεπτα
* L είναι το μήκος του εκκρεμούς σε μέτρα
* Το G είναι η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο
2. Συχνότητα ταλάντωσης
Η συχνότητα ταλάντωσης ενός απλού εκκρεμούς είναι ο αριθμός των ταλαντώσεων που κάνει ανά δευτερόλεπτο. Η συχνότητα ταλάντωσης δίνεται από τον ακόλουθο τύπο:
`` `
f =1/t
`` `
όπου:
* F είναι η συχνότητα ταλάντωσης στο Hertz (Hz)
* T είναι η περίοδος ταλάντωσης σε δευτερόλεπτα
3. Εύρος ταλάντωσης
Το πλάτος της ταλάντωσης ενός απλού εκκρεμούς είναι η μέγιστη μετατόπιση του BOB από τη θέση ισορροπίας. Το πλάτος της ταλάντωσης δίνεται από τον ακόλουθο τύπο:
`` `
A =θmax * l
`` `
όπου:
* A είναι το πλάτος της ταλάντωσης σε μέτρα
* θmax είναι η μέγιστη γωνία μετατόπισης από τη θέση ισορροπίας σε ακτίνες
* L είναι το μήκος του εκκρεμούς σε μέτρα
4. Ενέργεια ταλάντωσης
Η ενέργεια της ταλάντωσης ενός απλού εκκρεμούς είναι το άθροισμα της κινητικής ενέργειας και της δυνητικής ενέργειας. Η κινητική ενέργεια του bob δίνεται από τον ακόλουθο τύπο:
`` `
EK =(1/2) MV^2
`` `
όπου:
* Το EK είναι η κινητική ενέργεια στα joules
* m είναι η μάζα του bob σε χιλιόγραμμα
* V είναι η ταχύτητα του bob σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο
Η πιθανή ενέργεια του bob δίνεται από τον ακόλουθο τύπο:
`` `
EP =MGH
`` `
όπου:
* Το EP είναι η πιθανή ενέργεια στα joules
* m είναι η μάζα του bob σε χιλιόγραμμα
* Το G είναι η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο
* H είναι το ύψος του bob πάνω από τη θέση ισορροπίας σε μετρητές
Η συνολική ενέργεια της ταλάντωσης δίνεται από τον ακόλουθο τύπο:
`` `
E =EK + EP
`` `
όπου:
* Ε είναι η συνολική ενέργεια στα joules
* Το EK είναι η κινητική ενέργεια στα joules
* Το EP είναι η πιθανή ενέργεια στα joules
Εφαρμογές του απλού εκκρεμούς
Το απλό εκκρεμές είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη της κίνησης αντικειμένων υπό την επίδραση της βαρύτητας. Έχει χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της επιτάχυνσης λόγω βαρύτητας, για τη μελέτη των ιδιοτήτων των υλικών και για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών.
Ορισμένες από τις εφαρμογές του απλού εκκρεμούς περιλαμβάνουν:
* Μέτρηση της επιτάχυνσης λόγω βαρύτητας:Το απλό εκκρεμές μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της επιτάχυνσης λόγω της βαρύτητας μετρώντας την περίοδο ταλάντωσης ενός εκκρεμούς γνωστού μήκους.
* Μελετώντας τις ιδιότητες των υλικών:Το απλό εκκρεμές μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των ιδιοτήτων των υλικών μετρώντας τη συχνότητα ταλάντωσης ενός εκκρεμούς από διαφορετικά υλικά.
* Ανάπτυξη νέων τεχνολογιών:Το απλό εκκρεμές έχει χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών, όπως το ρολόι του παππού και το μετρονόμο.
