Фізічны маятнік - дакладнасць вышэй за ўсё

Ваганні - адзін з распаўсюджаных відаў механічнага руху. Самым наглядным прыкладам з'яўляюцца ваганні, якія здзяйсняе фізічны маятнік. Гэта цяжкае цела, замацаванае на ніткі ў адным пункце. Адводзячы ківач ад становішча раўнавагі і адпускаючы яго, мы дазваляем яму падаць, але падзенне здзяйсняецца не свабодна, а па траекторыі, роўнай даўжыні ніткі.

Тут можна назіраць працэс ператварэння патэнцыйнай энергіі ў энергію кінэтычную і назад. Адхіліўшы фізічны маятнік, мы задаем яму патэнцыйную энергію. Затым, калі яго адпускаюць, ён пачынае рух, і пры вяртанні ў кропку раўнавагі яго хуткасць будзе максімальнай. У працэсе руху ўніз адбываецца ператварэнне часткі патэнцыйнай энергіі ў энергію кінэтычную. Далей, рухаючыся па інэрцыі, цела падымаецца ўсё вышэй і вышэй, пакуль у нейкай кропцы рух не спыніцца. Тут кінэтычная энергія ператвараецца зноў у патэнцыйную.

Затым ківач пачынае рух у адваротны бок, і ўсё паўтараецца. Такім чынам, мы бачым, што фізічны маятнік вагаецца дзякуючы здзяйсняным пераходах патэнцыйнай энергіі ў энергію кінэтычную, а затым назад. Час, які затрачваецца на ўсе ваганне, г.зн. то, на працягу якога цела, сыдучы з якой-небудзь пункту траекторыі свайго руху, вернецца туды зноў, называецца перыядам ваганняў. Найбольшая адхіленне ад кропкі раўнавагі ківача называюць амплітудай ваганні.

Вывучаючы ваганні, навукоўцы ўсталявалі, што перыяд фізічнага ківача, з якім ён здзяйсняе ваганні, ніяк не звязаны з масай ківача і вызначаецца толькі даўжынёй ніткі і значэннем паскарэння вольнага падзення. Узнікненне ваганні магчыма і ў выпадку, калі груз замацаваны на спружыне. У такім выпадку адбываецца пераход патэнцыйнай энергіі сціснутай спружыны ў кінэтычную энергію руху грузу і наадварот.

Ваганні, якія здзяйсняе фізічны маятнік ці груз на спружыне, калі адсутнічае ўздзеянне дадатковых сіл, называюцца свабоднымі ці ўласнымі. Калі ж на іх адбываецца якое-небудзь знешняе ўздзеянне, то падобныя ваганні называюцца змушанымі. Пры працяглым уздзеянні знешняй дадатковай перыядычным сілы ківач пачынае вагацца з частатой ўздзеяння гэтай сілы. Пры такім уздзеянні магчыма ўзнікненне такой з'явы як рэзананс.

Праца з ківачом надзвычай цікавая і можа дапамагчы ў вырашэнні многіх задач. Дастаткова ўспомніць ківач Фуко, дзякуючы якому ўдалося даказаць, што Зямля круціцца. У гэтым вопыце праводзілася назіранне за рухам ківача. Для гэтага выкарыстоўваўся груз, падвешаны на дроце даўжынёй 67 метраў. Паводле задумы, на ківач дзейнічалі толькі сіла прыцягнення Зямлі і сіла нацяжэння дроту. З прычыны чаго ваганні павінны былі адбывацца толькі ў вертыкальнай плоскасці.

На падлозе быў насып пясок і ківач сваім вострым канцом пры руху пакідаў на ім свой след. Аказалася, што рух ажыццяўляецца не толькі ў вертыкальнай плоскасці, але прысутнічае і гарызантальная складнік. Пры кожным руху ківача адхіленне складала каля трох міліметраў ад папярэдняй траекторыі, за гадзіну плоскасць, у якой адбываліся ваганні ківача, павярнулася на адзінаццаць градусаў.

Можна ўспомніць і прымяненне ківача ў гадзінах, заснаванае на пастаянным перыядзе яго ваганняў. Гэта перыяд залежыць толькі ад даўжыні ківача. Дакладнасць ходу падобных гадзін можа дасягаць значнай велічыні. У 1954 году савецкім інжынерам Федчанка былі створаны маятнікавыя гадзіны, дакладнасць ходу якіх складала 0,0003 з у суткі.

Вось прыкладна так можна апісаць, што сабой уяўляе фізічны маятнік, яго ўласцівасці і параметры, магчымасці па яго выкарыстанні ў навуцы і тэхніцы.