Enostavno nihalo proti sestavljenemu nihalu
Nihala so vrsta predmetov, ki prikazujejo periodična nihajna gibanja. Enostavno nihalo je osnovna oblika nihala, ki jo bolj poznamo, sestavljeno nihalo pa je razširjena oblika enostavnega nihala. Obe napravi sta zelo pomembni pri razumevanju področij, kot so klasična mehanika, valovanje in vibracije ter druga sorodna področja fizike. V tem članku bomo razpravljali o tem, kaj sta preprosto in sestavljeno nihalo, njuno delovanje, matematične formule, ki opisujejo gibanje enostavnega in sestavljenega nihala, uporabo teh dveh, podobnosti med preprostim in sestavljenim nihalom ter končno razlika med preprostim nihalom in sestavljenim nihalom.
Enostavno nihalo
Preprosto nihalo je sestavljeno iz vrtišča, vrvice in mase. Za lažje izračune se predpostavlja, da je vrvica neelastična in ima ničelno maso, viskoznost zraka na maso pa je zanemarljiva. Vrvico zasukamo, gmoto obesimo na vrvico, da lahko prosto niha. Edina sila, ki delujeta na maso, sta gravitacijska sila in napetost vrvice. Gibanje preprostega nihala za zelo majhne kote naj bi bilo v obliki preprostih harmoničnih nihanj. Enostavno harmonično gibanje je definirano kot gibanje v obliki a=– (ω^2) x, kjer je "a" pospešek in "x" je odmik od ravnotežne točke. Izraz ω je konstanta. Preprosto harmonično gibanje zahteva obnovitveno silo. V tem primeru je obnovitvena sila konzervativno gravitacijsko polje. Celotna mehanska energija sistema se ohrani. Perioda nihanja je podana z izrazom, kjer je l dolžina vrvice in g gravitacijski pospešek. Če je prisotna viskoznost ali katera koli druga sila dušenja, je sistem prepoznan kot dušeno nihanje.
Sestavljeno nihalo
Sestavljeno nihalo, ki je znano tudi kot fizikalno nihalo, je podaljšek preprostega nihala. Fizično nihalo je vsako togo telo, ki je zasukano tako, da lahko prosto niha. Sestavljeno nihalo ima točko, imenovano središče nihanja. Ta je nameščen na razdalji L od vrtišča, kjer je L podana z L=I/mR; tukaj je m masa nihala, I je vztrajnostni moment nad vrtiščem in R je razdalja do središča mase od vrtišča. Obdobje nihanja za fizično nihalo je podano s T=L in je znano kot dolžina vrtenja.
Kakšna je razlika med preprostim in sestavljenim nihalom?
• Perioda in s tem frekvenca enostavnega nihala je odvisna le od dolžine vrvice in gravitacijskega pospeška. Perioda in frekvenca sestavljenega nihala sta odvisni od dolžine kroženja, vztrajnostnega momenta in mase nihala ter od gravitacijskega pospeška.
• Fizično nihalo je resnični scenarij preprostega nihala.
