ลูกตุ้มธรรมดากับลูกตุ้มผสม
ลูกตุ้มเป็นวัตถุประเภทหนึ่งที่แสดงการสั่นเป็นระยะๆ ลูกตุ้มธรรมดาเป็นรูปแบบพื้นฐานของลูกตุ้ม ซึ่งเราคุ้นเคยมากกว่า ในขณะที่ลูกตุ้มประกอบเป็นรูปแบบเพิ่มเติมของลูกตุ้มธรรมดา อุปกรณ์ทั้งสองนี้มีความสำคัญมากในการทำความเข้าใจในสาขาต่างๆ เช่น กลศาสตร์คลาสสิก คลื่นและการสั่นสะเทือน และสาขาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องในฟิสิกส์ ในบทความนี้ เราจะพูดถึงว่าลูกตุ้มธรรมดาและลูกตุ้มประกอบคืออะไร การดำเนินการของพวกมัน สูตรทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายการเคลื่อนที่ของลูกตุ้มเชิงเดี่ยวและลูกตุ้มประกอบ การประยุกต์ของทั้งสองสิ่งนี้ ความคล้ายคลึงระหว่างลูกตุ้มธรรมดากับลูกตุ้มผสม และ ในที่สุดความแตกต่างระหว่างลูกตุ้มธรรมดาและลูกตุ้มผสม
ลูกตุ้มธรรมดา
ลูกตุ้มธรรมดาประกอบด้วยเดือย สตริง และมวล เพื่อความสะดวกในการคำนวณ สตริงจะถือว่าไม่ยืดหยุ่นและมีมวลเป็นศูนย์ และความหนืดของอากาศต่อมวลนั้นเล็กน้อย เชือกถูกหมุนและมวลถูกแขวนไว้ข้างเชือกเพื่อให้สามารถแกว่งได้อย่างอิสระ แรงเดียวที่กระทำต่อมวลคือแรงโน้มถ่วงและความตึงของเชือก การเคลื่อนที่ของลูกตุ้มอย่างง่ายสำหรับมุมที่เล็กมาก กล่าวกันว่าอยู่ในรูปแบบของการแกว่งของฮาร์มอนิกอย่างง่าย การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายถูกกำหนดให้เป็นการเคลื่อนที่ที่อยู่ในรูปของ a=– (ω^2) x โดยที่ “a” คือความเร่งและ “x” คือการกระจัดจากจุดสมดุล คำว่า ω เป็นค่าคงที่ การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายต้องการแรงในการฟื้นฟู ในกรณีนี้ แรงฟื้นฟูคือสนามแรงโน้มถ่วงแบบอนุรักษ์นิยม พลังงานกลทั้งหมดของระบบถูกอนุรักษ์ไว้ คาบของการสั่นถูกกำหนดโดยที่ l คือความยาวของสตริงและ g คือความเร่งโน้มถ่วงหากมีความหนืดหรือแรงสั่นสะเทือนอื่นๆ ระบบจะระบุว่ามีการสั่นของแดมเปอร์
ลูกตุ้มผสม
ลูกตุ้มประกอบซึ่งเรียกอีกอย่างว่าลูกตุ้มกายภาพเป็นส่วนเสริมของลูกตุ้มธรรมดา ลูกตุ้มกายภาพคือวัตถุที่แข็งกระด้างซึ่งหมุนไปมาเพื่อให้สามารถแกว่งได้อย่างอิสระ ลูกตุ้มประกอบมีจุดที่เรียกว่าจุดศูนย์กลางการแกว่ง สิ่งนี้ถูกวางไว้ที่ระยะ L จากเดือยโดยที่ L ถูกกำหนดโดย L=I/mR; ที่นี่ m คือมวลของลูกตุ้ม I คือโมเมนต์ความเฉื่อยเหนือจุดหมุน และ R คือระยะห่างจากจุดศูนย์กลางมวลจากจุดหมุนไปยังจุดศูนย์กลางมวล คาบการสั่นของลูกตุ้มกายภาพกำหนดโดย T=L เรียกว่า ความยาวของการหมุน
ลูกตุ้มแบบธรรมดาและแบบผสมต่างกันอย่างไร
• คาบและความถี่ของลูกตุ้มอย่างง่ายขึ้นอยู่กับความยาวของสตริงและความเร่งโน้มถ่วงเท่านั้น คาบและความถี่ของลูกตุ้มประกอบขึ้นกับความยาวของการหมุน โมเมนต์ความเฉื่อย และมวลของลูกตุ้ม ตลอดจนความเร่งโน้มถ่วง
• ลูกตุ้มกายภาพคือสถานการณ์ในชีวิตจริงของลูกตุ้มธรรมดา