Маятник – приклад простого гармонійного руху
Знайомство з простим гармонійним рухом проводилося нами на прикладі коливання вантажу, прикріпленого до пружної пружині.
Ще одним типовим прикладом простого гармонійного руху є коливання математичного маятника (ідеалізованої системи, яка складається з невагомою нерастяжимой нитки, на якій підвішений вантаж, маса якого зосереджена в одній матеріальної точки).
Маятник
Спробуємо вивести аналогічні математичні формули, що описують просте гармонійне рух такого маятника.
Припустимо, що на нитці довжиною L підвішений вантаж масою m, при цьому маятник відхилений на кут Θ від положення вертикального рівноваги.
В такому випадку, на вантаж буде діяти сила гравітаційного тяжіння F = mg. При цьому, руху вантажу буде перешкоджати компонента сили, спрямована перпендикулярно нитки:
F⊥ = – mg – sin (Θ)
Кутове прискорення маятника α буде визначатися через момент компоненти сили F⊥:
M = L – F⊥ = – Lmg – sin (Θ)
M = mL2α
α = – (g / L) – sin (Θ)
При досить малих кутах коливання маятника sin (Θ) ≈Θ:
Α = – (g / L) – Θ
Оскільки в простому гармонійному русі переміщення і прискорення пов’язані коефіцієнтом пропорційності (в нашому випадку g / L = ω2), отримуємо наступне рівність:
Ω = √ (g / L)
Згадуємо про цикл (ω = 2πf) і періоді (ω = 2π / T) коливань:
F = (1 / 2π) – √ (g / L)
T = 2π – √ (L / g)
Як видно з отриманих формул, період коливань математичного маятника не залежить від маси вантажу.
Related posts:
- Енергія простого гармонійного руху На сторінці “Простий гармонійний рух” розглядалося коливальний рух вантажу, підвішеного на пружною пружині. У той момент, коли зовнішня сила розтягує пружину з вантажем, вона отримує пружну потенційну енергію, яка перетворюється потім в кінетичну після того, як пружина починає стискатися. Згідно закону збереження енергії, який говорить, що енергія нікуди не дівається безслідно, а переходить з однієї […]...
- Математичний маятник Математичний маятник – це модель звичайного маятника. Під математичним маятником – розуміється матеріальна точка, яка підвішена на довгій невагомою і нерозтяжної нитки. Виведемо кульку з положення рівноваги і відпустимо. На кульку діятимуть дві сили: сила тяжіння і сила натягу нитки. При русі маятника, на нього ще буде діяти сила тертя повітря. Але ми будемо вважати […]...
- Вимушені і вільні коливання Частота коливань математичного маятника (або їх період) залежить від довжини нитки, на якій підвішений вантаж, і від прискорення вільного падіння в тому місці, де знаходиться маятник. Вона не залежить від маси вантажу й від амплітуди коливань. У цьому легко переконатися, проробивши простий досвід. Якщо підвісити на нитці вантаж певної маси, виміряти частоту хитань такого маятника, […]...
- Коливання Періодичні процеси також називають коливальними рухами або просто коливаннями. Найбільш наочно коливальний рух можна представити за допомогою маятника. Рух маятника є прикладом механічного коливального руху. Звичайний маятник являє собою вантаж, підвішений на нитці (математичний маятник) або прикріплений до пружини (пружинний маятник). Математичний маятник називається так тому, що при вивченні його коливань доводиться, як це буває […]...
- Механічні коливання (формули) Механічні гармонічні коливання, рівняння вільних коливань, вільні коливання вантажу на пружині, малі коливання математичного маятника і тд. Механічні гармонічні коливання: Рівняння вільних коливань: Вільні коливання вантажу на пружині: Малі коливання математичного маятника: Фізичний маятник: Добротність коливальної системи: Рівняння вимушених коливань:...
- Вільні коливання Вільні коливання (або власні коливання) – це коливання коливальної системи, які здійснюються тільки завдяки повідомленій енергії (потенційній або кінетичній) при відсутності зовнішніх впливів. Потенційна або кінетична енергія може бути повідомлена, наприклад, в механічних системах через початковий зсув або початкову швидкість. Тіла, що вільно коливаються, завжди взаємодіють з іншими тілами і разом з ними утворюють систему […]...
- Гармонійні коливання Гармонійні коливання – коливання, що здійснюються за законами синуса і косинуса. На наступному малюнку представлений графік зміни координати точки з плином часу за законом косинуса. Амплітуда коливань Амплітудою гармонійного коливання називається найбільше значення зміщення тіла від положення рівноваги. Амплітуда може приймати різні значення. Вона залежатиме від того, наскільки ми змістимо тіло в початковий момент часу […]...
- Маятник натомився – Володимир Свідзинський Маятник натомився. День, ніч, Літо, зима – Дебелу тишу гойдай, гойдай! Маятник дихає, як ранений. А чом я не чув його брязку, Як моя дівчинка була зо мною? Бувало, Вона лягає, А я приходжу прочитати їй казку. День, ніч, Літо, зима, Час на часу не стоїть. Пожовкли прочитані книги, По закутках снядіє чорне, Павук угортає […]...
- Механічні коливання Коливання – це повторювані в часі зміни стану системи. Поняття коливань охоплює дуже широке коло явищ. Коливання механічних систем, або механічні коливання – це механічний рух тіла або системи тіл, яке володіє повторюваністю в часі і відбувається в околиці положення рівноваги. Положенням рівноваги називається таке положення системи, в якому вона може залишатися як завгодно довго […]...
- Коливальні рухи Коливаннями у фізиці називають не лише періодичні або майже періодичні рухи тіл, коли нестійке тіло багаторазово повторює один і той же рух туди і назад навколо певного положення, а й надають цьому поняттю більш широкий зміст. Під коливаннями розуміють всякий періодичний або приблизно періодичний процес, в якому значення тієї чи іншої фізичної величини повторюється точно […]...
- Основні поняття теорії коливань Коливання – це процеси, які мають яку або ступінь повторюваності в часі. Вільні (власні) коливання – це коливання, які надають самі собі системи, викликані первинним короткочасним зовнішнім збудженням. Коливальна система – це така система, яка здатна виробляти вільні коливання. Коливальна система відповідає таким умовам: 1) необхідно становище стійкої рівноваги; 2) необхідний фактор, який не дозволяє […]...
- Поняття прямолінійного рівноприскореного руху. Прискорення Хочете провести експеримент? Та запросто. Візьміть довгу лінійку, покладіть її горизонтально і підніміть один кінець. У вас вийде похила площина. А тепер візьміть монетку і покладіть на верхній кінець лінійки. Монетка почне ковзати вниз по лінійці, простежте, як буде рухатися монетка з однаковою швидкістю чи ні. Ви помітите, що швидкість монетки буде поступово зростати. І […]...
- Вимушенні коливання Через наявність тертя вільні коливання поступово затухають і через деякий час припиняються. Щоб загасання не було, на нестійке тіло повинно періодично впливати який-небудь зовнішній тіло. Наприклад, хвиля, піднімати і опускати буйок (рис. 7.7), рука людини, що підштовхує гойдалки (рис. 7.8). При цьому коливання гойдалок або буйка перестають бути вільними. Їх називають вимушеними. Коливання, що відбуваються […]...
- Коливальний контур Коливальний контур – це замкнутий контур, утворений послідовно з’єднаними конденсатором і котушкою. Коливальний контур є найпростішою системою, в якій можуть відбуватися електромагнітні коливання. Зарядимо конденсатор, підключимо до нього котушку і замкнемо ланцюг. Почнуться вільні електромагнітні коливання – періодичні зміни заряду на конденсаторі і струму в котушці. Вільними, нагадаємо, ці коливання називаються тому, що вони відбуваються […]...
- Простий гармонійний рух Простим гармонійним рухом називається рух, при якому сила опору руху пропорційна переміщенню. Просте гармонійне рух виконується нескінченно довго, оскільки не враховуються сили тертя або будь-які інші сили. Звичайно ж, це ідеалізований варіант, який не зустрічається в повсякденному житті. Як приклад простого гармонійного руху розглянемо рух вантажу, прикріпленого до пружини. У початковий момент часу, коли на […]...
- Похила площина як простий механізм Похила площина являє собою плоску поверхню, розташовану під тим чи іншим кутом до горизонталі. Вона дозволяє підняти вантаж з меншою силою, ніж якби цей вантаж піднімався вертикально вгору. На похилій площині вантаж піднімається вздовж цієї площини. При цьому він долає більшу відстань, ніж якби піднімався вертикально. Причому у скільки разів відбувається виграш у силі, в […]...
- Визначення закону руху – основне завдання кінематики Ми визначили кінематичні характеристики механічного руху – швидкість, прискорення (швидкість зміни швидкості). У загальному випадку прискорення також може змінюватися в процесі руху, тому можна було б ввести і таку характеристику руху як “швидкість зміни прискорення”. Однак, вона вже є зайвою, оскільки закони динаміки дозволяють знаходити саме прискорення руху. Тому основне завдання кінематики в самій загальній […]...
- Вільні коливання. Незатухаючі і затухаючі коливання Вільними або власними називаються такі коливання, які відбуваються в системі, наданій самій собі, після того як вона була виведена з положення рівноваги. Прикладом можуть служити коливання кульки, підвішеної на нитці. Для того щоб викликати коливання, потрібно або штовхнути кульку, або, відвівши в сторону, відпустити її. При поштовху кульці повідомляється кінетична енергія, а при відхиленні – […]...
- “Маятник Фуко” Умберто Еко: опис і аналіз роману “Маятник Фуко” ( “Il Pendolo di Foucault”) – роман Умберто Еко. Опублікований в 1988 році. Розвиває підняту італійським письменником ще в романі “Ім’я троянди” тему середньовіччя, але на цей раз в центрі уваги виявляється не власне історія, а роздуми сучасної людини над її загадками. Цей експериментальний жанр можна визначити як історико-фантастичний роман – по аналогії […]...
- Звук як приклад механічних коливань Звукові хвилі є поздовжніми і можуть виникати в тих середовищах, де існують взаємодії між частинками. Ці середовища можуть бути твердими, рідкими або газоподібними. Тому звукові коливання являють собою механічні коливання. Власне звуком, або акустичними коливаннями, називають коливання, частота яких знаходиться в діапазоні від 20 до 20 000 Гц. Коливання з меншою і більшою частотою людським […]...
- Напруга при вільних коливаннях системи Розглянемо тіло, наприклад, горизонтально розташовану балку, що знаходиться в стані статичної рівноваги. Якщо накласти на цю балку навантаження, а потім відразу ж прибрати її, то балка прогнеться до якогось свого крайнього положення, а потім під дією сил пружності прийме своє протилежне крайнє положення, ці коливання будуть тривати протягом якогось часу. Такий вид коливального руху при […]...
- Коливальний рух Коливальним рухом (коливаннями) називають всякий процес, який має властивість повторюваності в часі (рис. 1). Періодичним називається рух, при якому фізичні величини, що характеризують коливальну систему, через рівні проміжки часу приймають одні і ті ж значення. При періодичному коливальному рух тіло (матеріальна точка) переміщається поблизу стійкого положення рівноваги, відхиляючись то в одну, то в іншу сторону. […]...
- Проаналізуйте поєднання комічного і жахливого в новелістиці Е. По (Окуляри, Обдурення як точна наука, Чорний кіт, Маятник і провалля, Машкара червоної смерті та ін. ) Новели Е. По поділено на декілька тематичних груп: психологічні або логічні, науково-фантастичні, детективні. Особливості творів письменника полягали в тому, що у них розповідалося про якісь незвичайні життєві події, овіяні романтичними пригодами головних героїв, сюжет розгортався стрімко, захоплююче, а фінал виявлявся цікавим і несподіваним. Герої його творів – люди, обдаровані сильною волею, аналітичним розумом, які завжди […]...
- ККД простих механізмів Згідно з “золотому правилу” механіки ніякої механізм не дає виграшу в роботі. А ось деякого “програшу в роботі” уникнути не вдається. Розглянемо простий приклад. Нехай людина піднімає за допомогою нерухомого блоку вантаж вагою Р = 200 Н на висоту h = 10 м. При цьому корисна робота – це робота з підйому вантажу, тобто Апол […]...
- Вільні і вимушені коливання Коливання, які відбуваються з постійною в часі амплітудою, називаються незатухаючими коливаннями. Прикладами таких коливань служать коливання математичного і пружинного маятників, які відбуваються в відсутність сил тертя. Коливання, які викликані короткочасним зовнішнім збудженням, називаються вільними, або власними. Вони відбуваються під дією внутрішніх сил, які виникають в самій системі. Власні коливання – це коливання, які відбуваються за […]...
- Швидкість прямолінійного рівноприскореного руху. Графік швидкості Вам відомо, що при прямолінійній равноускоренном русі проекцію вектора прискорення на вісь X можна знайти за формулою: Висловимо з цієї формули проекцію vx вектора швидкості v, яку мало рухається тіло до кінця проміжку часу t, який починається від моменту початку спостереження, т. Е. Від t0 = 0: Axt = vx – v0x, Vx = v0x […]...
- Варненський планетарій Варненський планетарій розташовується в центральній частині міського парку. У 1960 році, в еру початку польотів в космос, в р Варна був створений клуб астрономії та астронавтики. Два роки по тому, за підсумками проведеного в місті XIII конгресу Міжнародної федерації авіації і космонавтики, висувається ініціатива побудувати в Варні першу астрономічну обсерваторію. У 1963 р в розпорядження […]...
- Короткий зміст Умберто Еко “Маятник Фуко” У творі “Маятник Фуко”, створеному італійським письменником Умберто Еко, розповідається про трьох товаришів. Юнак на ім’я Казобон запалився романтичними почуттями до уродженці Бразилії – Ампаро. Закохані переїхали на батьківщину дівчини. Там вони почали вивчати спіритизм. Це негативно позначилося на їхніх стосунках, чоловік повернувся на батьківщину. Тут в його житті з’явилася Лія, яка народила Казобон сина. […]...
- ПРОВАЛЛЯ І МАЯТНИК – ЕДГАР АЛЛАН ПО Оповідання Impia tortorum longas hie turba furores Sanguinis innocui, non satiata, alluit. Sospite nunc patria, frac to nunc funeris antro Mors ubi dira fuit, vita salusque patent. Чотиривірш, скомпонований для воріт ринку, Що має бути споруджений на місці якобінського клубу в Парижі. Я знемігся, смертельно знемігся від цих нескінченних мук і, коли мене, врешті, розв’язали […]...
- Фаза коливань Фаза коливань – це аргумент періодично змінною функції, що описує коливальний або хвильовий процес. Для гармонійних коливань: Х(t) = A cos (ωt+φ0), Де φ = ωt + φ0 – фаза коливання, А – амплітуда, ω – кругова частота, t – час, φ0 – початкова (фіксована) фаза коливання; в момент часу t = 0φ = φ0. […]...
- Кінематичні характеристики руху Досить часто при вирішенні практичних завдань буває важливо дізнатися, в який саме час те чи інше тіло опиниться в тій чи іншій точці простору. При цьому не має значення, які причини змушують тіло рухатися саме таким чином. Наприклад, пасажир повинен мати інформацію про те, в який час відправиться його автобус і в який час він […]...
- Коливальний рух. Вільні коливання З одним із видів нерівномірного руху – рівноприскореним – ви вже знайомі. Розглянемо ще один вид нерівномірного руху – коливальний. Коливальні рухи широко поширені в навколишньому нас життя. Прикладами коливань можуть служити: рух голки швейної машини, гойдалок, маятника годин, вагона на ресорах і багатьох інших тел. На малюнку 52 зображені тіла, які можуть здійснювати коливальні […]...
- Вірус простого герпесу ВПГ викликає простий герпес (Herpes simplex), що характеризується везикулезна висипаннями на шкірі, слизових оболонках, ураженням очей, ЦНС і внутрішніх органів, а також довічним носительством (персистенцією) і рецидивами хвороби. Розрізняють два типи вірусу – ВПГ-1 і ВПГ-2, які повсюдно поширені і вражають велику частину населення зем – ли. ВПГ-1 частіше вражає слизові оболонки ротової порожнини і […]...
- Маятник – О. Генрі – Вісімдесят перша вулиця… Виходьте кому треба! – закричав пастух у синьому мундирі. Отара баранів-пасажирів вилізла з вагона, на її місце влізла друга, така сама отара. Дзінь-дзінь! Вагони для перевезення худоби Манхеттенської надземної залізниці з гуркотом покотили далі, а Джон Перкінс разом з усією випущеною на волю отарою спустився по сходах на вулицю. Джон повільно […]...
- Моделювання руху в полі сили тяжіння За всю історію науки найбільший досвід в математичному моделюванні має фізика. Одним з найвидатніших учених у світовій історії був Ісаак Ньютон. У 1687 році вийшов його працю “Математичні початки натуральної філософії”. У сучасному розумінні “натуральна філософія” – це фізика. У цій роботі були описані відкриті вченим закони механіки (три закони Ньютона) і закон всесвітнього тяжіння. […]...
- Приклад публіцистичного стилю Пройшов рік з часу ленських подій і першого, рішучого, підйому революційного робітничого руху після перевороту 3 червня. Царьова чорна сотня і поміщики, орава чиновників і буржуазія відсвяткували 300-річний ювілей грабежу, татарських наїздів і зганьблений Росії Романовимі. Зібралася і почала свою “роботу”, сама не вірячи в неї і втративши колишню контрреволюційну енергію, IV Дума. Розгубленість і […]...
- Швидкість відносного руху Як відомо, будь-який рух тіла відносно обраної системи відліку. Для якихось систем відліку тіло буде рухатися швидко, для інших повільніше, а для третіх взагалі спочивати. Коли йдеться про швидкість прямолінійного рівномірного руху, то зазвичай мається на увазі, що швидкість вимірюється щодо покоїться тіла. Наприклад, ви стоїте, а поруч проїжджає велосипедист, і ви спостерігаєте, що за […]...
- Другий закон Ньютона – загальна характеристика Коли на тіло діє відразу кілька сил, то воно рухається з прискоренням, якщо рівнодіюча F цих сил не дорівнює нулю. Нагадаємо, що рівнодіюча кількох сил, одночасно прикладених до тіла, називається сила, яка виробляє на тіло таку ж дію, як всі ці сили разом. Оскільки прискорення виникає в результаті дії сили, то природно припустити, що існує […]...
- Показ кмітливості простого народу в співомовці С. Руданського “Добре торгувалось” Багатшим та різноманітнішим зробили світ художньої літератури співомовки Степана Руданського. У гумористично-сатиричних приказках письменник прагнув висвітлити негативні сторони людських характерів. Показовим у цьому плані є твір “Добре торгувалось”. Мужик з мазни нею ходив по крамницях та шукав дьоготь. З нього вирішили покепкувати два купці: Здесь не деготь, – йому кажуть, – Дурмі продаються!.. Але мужик […]...
- Вільні електромагнітні коливання в коливальному контурі Коливальний контур – це електричний ланцюг, що містить індуктивність L, ємність С і опір R, в якій можуть збуджуватися електричні коливання. Коливальний контур – один з основних елементів радіотехнічних систем. Розрізняють лінійні і нелінійні коливальні контури. Параметри R, L і С лінійного коливального контуру не залежать від інтенсивності коливань, а період коливань не залежить від […]...