Paprasta švytuoklė prieš sudėtinę švytuoklę
Švytuoklės yra objektų tipas, rodantis periodiškus svyruojančius judesius. Paprastoji švytuoklė yra pagrindinė švytuoklės forma, su kuria mes žinome daugiau, o sudėtinė švytuoklė yra išplėstinė paprastos švytuoklės forma. Abu šie įrenginiai yra labai svarbūs suprantant tokias sritis kaip klasikinė mechanika, bangos ir vibracijos bei kitos susijusios fizikos sritys. Šiame straipsnyje aptarsime, kas yra paprasta švytuoklė ir sudėtinė švytuoklė, jų veikimas, matematinės formulės, apibūdinančios paprastos ir sudėtinės švytuoklės judėjimą, šių dviejų taikymas, paprastos švytuoklės ir sudėtinės švytuoklės panašumai ir pagaliau skirtumas tarp paprastos švytuoklės ir sudėtinės švytuoklės.
Paprasta švytuoklė
Paprastą švytuoklę sudaro ašis, styga ir masė. Kad būtų lengviau atlikti skaičiavimus, daroma prielaida, kad styga yra neelastinga ir turi nulinę masę, o masės oro klampumas yra nereikšmingas. Styga pasukama, o masė pakabinama ant virvelės, kad ji galėtų laisvai svyruoti. Vienintelės jėgos, veikiančios masę, yra gravitacinė jėga ir stygos įtempimas. Sakoma, kad paprastos švytuoklės judėjimas labai mažiems kampams yra paprastų harmoninių svyravimų forma. Paprastas harmoninis judėjimas apibrėžiamas kaip judėjimas, kurio forma yra a=– (ω^2) x, kur „a“yra pagreitis, o „x“yra poslinkis iš pusiausvyros taško. Terminas ω yra konstanta. Paprastam harmoniniam judėjimui reikia atkuriamosios jėgos. Šiuo atveju atkuriamoji jėga yra konservatyvus gravitacijos jėgos laukas. Išsaugoma bendra mechaninė sistemos energija. Virpesių periodas apibrėžiamas taip, kad l yra stygos ilgis, o g - gravitacinis pagreitis. Jei yra klampumo ar bet kokios kitos slopinimo jėgos, sistema identifikuojama kaip slopinamas svyravimas.
Sudėtinė švytuoklė
Sudėtinė švytuoklė, dar žinoma kaip fizinė švytuoklė, yra paprastos švytuoklės tęsinys. Fizinė švytuoklė yra bet koks standus kūnas, kuris pasukamas taip, kad galėtų laisvai svyruoti. Sudėtinė švytuoklė turi tašką, vadinamą svyravimo centru. Jis dedamas atstumu L nuo ašies, kur L yra L=I/mR; čia m yra švytuoklės masė, I yra inercijos momentas virš ašies, o R yra atstumas iki masės centro nuo ašies. Fizinės švytuoklės svyravimų periodas yra T=L yra žinomas kaip sukimosi ilgis.
Kuo skiriasi paprastos ir sudėtinės švytuoklės?
• Paprastosios švytuoklės periodas, taigi ir dažnis, priklauso tik nuo stygos ilgio ir gravitacinio pagreičio. Sudėtinės švytuoklės periodas ir dažnis priklauso nuo sukimosi ilgio, inercijos momento ir švytuoklės masės, taip pat nuo gravitacinio pagreičio.
• Fizinė švytuoklė yra realus paprastos švytuoklės scenarijus.
