En pendel är en enkel enhet som består av en vikt upphängd på en snöre, tråd, metall eller annat material som svänger fram och tillbaka. Pendlar har använts i farfarsklockor och liknande för att hålla tiden. Vetenskapliga principer styr vad som påverkar svängningshastigheten hos pendeln. Dessa principer förutsäger hur en pendel beter sig baserat på dess funktioner.
TL; DR (för lång; läste inte)
Tyngdkrafterna, pendelens massa, längden på pendeln arm, friktion och luftmotstånd påverkar alla svängningshastigheten.
Rörelse
Dra tillbaka en pendel och släpp den. Du kan låta pendeln svänga fram och tillbaka på egen hand, eller i fallet med en klocka, få den att svänga drivs av växlarna. Hursomhelst påverkar principen om periodisk rörelse pendeln. Tyngdkraften drar ner vikten eller bobben när den svänger. Pendeln fungerar som en fallande kropp, rör sig mot rörelsecentrumet med en jämn hastighet och återgår sedan.
Längd
Pendelens svängningshastighet, eller frekvens, bestäms av dess längd. Ju längre pendeln, vare sig det är en snöre, metallstav eller tråd, desto långsammare svänger pendeln. Omvänt, ju kortare pendeln desto snabbare svängningshastigheten. Detta representerar en absolut princip som alltid fungerar oavsett typ av design. På farfarsklockor med långa pendlar eller klockor med kortare beror svängningshastigheten på pendelns längd.
Amplitude
Amplitude hänvisar till svängningsvinkeln eller hur långt tillbaka pendeln svänger. En vilande pendel har en vinkel på 0 grader; dra tillbaka det halvvägs mellan vila och parallellt med marken och du har en 45-graders vinkel. Starta en pendel och du bestämmer amplituden. Experimentera med olika utgångspunkter och du upptäcker att amplituden inte påverkar svängningshastigheten. Det tar pendeln samma tid att återgå till utgångspunkten. Ett undantag innebär en mycket stor vinkel, en bortom alla rimliga svängningar för en klocka eller någon annan enhet. I så fall påverkas svängningshastigheten när pendeln går snabbare.
Mass
En faktor som inte påverkar svängningshastigheten är vikten på boben. Öka vikten på pendeln och tyngdkraften drar bara hårdare, kväll ut den extra vikten. Som School for Champions påpekar är tyngdkraften på alla fallande föremål densamma oavsett objektets massa.
Luftmotstånd /friktion
I en verklig applikation påverkar luftmotstånd svängningshastigheten . Varje sväng möter motståndet och det bromsar gungan, även om det kanske inte är tillräckligt för att märkas under en svängning. Friktion bromsar också gungan. Om pendeln svänger baserat på tröghet från den första frigöringen så kommer den slutligen att stoppa.
Sympatisk vibration
En pendels svängningshastighet justeras när den placeras i närheten av en annan pendel. Detta fenomen kallas sympatisk vibration. Pendlarna leder rörelse och energi fram och tillbaka. Denna överföring kommer så småningom att orsaka att svängningshastigheten för den ena pendeln är identisk med den för den andra pendeln.