في حال كان طول البندول البسيط معروف بدقة، فإنّه من الممكن أن يتم استخدامه في قياس التسارع الناتج عن الجاذبية.
ما هو البندول البسيط وكيف يستخدم؟
يُعرَّف البندول البسيط بأنه يحتوي على كتلة نقطية، تُعرف أيضًا باسم بندول البندول، والتي يتم تعليقها من سلسلة بطول L مع كتلة ضئيلة، القوى الوحيدة المؤثرة على البوب bob، هي قوة الجاذبية (أي وزن البوب) والتوتر من الخيط. يُفترض بأن تكون كتلة الخيط قليلة مقارنةً بكتلة البوب.
حالة البندول الفيزيائي:
يمكن لأي جسم أن يتأرجح مثل البندول. فمثلاً، إذا كان يوجد كوب قهوة معلّق وإذا طُرق الكوب، فإنه يتأرجح ذهابًا وإيابًا مثل البندول حتى تختفي التذبذبات.
وقد تم وصف البندول البسيط على أنّه كتلة نقطية وخيط. البندول الجسدي هو أي كائن له تذبذبات تكون مماثلة لتلك التذبذبات المتكونة في البندول البسيط، ولكن لا يمكن أن تكون على نفس الشيء أو النمط ككتلة نقطة على سلسلة، ويجب أن تضمن توزيع الكتلة في معادلة الحركة.
- أما بالنسبة للبندول البسيط، فإن القوة المستعادة للبندول الفيزيائي هي قوة الجاذبية. مع البندول البسيط، تؤثر قوة الجاذبية على مركز البندول البوب. في حالة البندول الفيزيائي، تؤثر قوة الجاذبية على مركز الكتلة (CM) للجسم. الكائن يتذبذب حول نقطة O.
الطاقة الكامنة والتعبير عن شدة مجال الجاذبية:
الطاقة الكامنة التي يمتلكها الكائن هي الطاقة المخزنة من الموقف
وهناك نوعين من الطاقة الكامنة، هما:
- طاقة الجاذبية الكامنة.
- الطاقة الكامنة المرنة.
وتوجد الطاقة الكامنة المرنة فقط عند ضغط أو شد زنبرك (أو وسط مرن آخر). البندول البسيط لا يتكون من زنبرك. شكل الطاقة الكامنة التي يمتلكها البندول هو طاقة الجاذبية الكامنة. كمية طاقة الجاذبية الكامنة تعتمد على كتلة (m) من الجسم وارتفاع (h) من الجسم. ومعادلة طاقة الجاذبية الكامنة (PE)، هي:
PE = m* g* h
حيثُ:
g: شدة مجال الجاذبية (ويشار إليها أحيانًا بالتسارع الناتج عن الجاذبية) ولها قيمة تساوي 9.8 N /kg.
يجب قياس الإرتفاع كمسافة عمودية فوق بعض المواقع المرجعية. بالنسبة لبوب البندول، من المعتاد استدعاء الموضع الأدنى إلى الموضع المرجعي أو مستوى الصفر. لذلك عندما يكون البوب في وضع التوازن (الموضع الأدنى)، يكون ارتفاعه صفر وطاقته الكامنة تساوي صفر.
كما يقوم البندول بالرجوع إلى الأمام والخلف، هناك أوقات يتحرك خلالها البوب بعيدًا عن وضع التوازن. في هذه الحالة، فإنّ ارتفاعه يزداد كلما تحرك أبعد فأبعد. يصل إلى أقصى ارتفاع عندما يصل إلى موضع الإزاحة القصوى من موضع التوازن. عندما يتحرك البوب نحو وضع التوازن ، فإنه يقلل من ارتفاعه ويقلل من طاقته الكامنة.
المراجع:
87 مشاهدة
