מטוטלת פשוטה לעומת מטוטלת מורכבת
מטוטלות הן סוג של אובייקטים המציגים תנועות תנודות תקופתיות. המטוטלת הפשוטה היא הצורה הבסיסית של המטוטלת, אותה אנו מכירים יותר, בעוד שהמטוטלת המורכבת היא צורה מורחבת של המטוטלת הפשוטה. שני המכשירים הללו חשובים מאוד בהבנת תחומים כמו מכניקה קלאסית, גלים ורעידות ותחומים קשורים אחרים בפיזיקה. במאמר זה, אנו הולכים לדון במה הן מטוטלת פשוטה ומטוטלת מורכבת, פעולתן, הנוסחאות המתמטיות המתארות את התנועה של מטוטלת פשוטה ומטוטלת מורכבת, היישומים של שני אלה, קווי הדמיון בין מטוטלת פשוטה למטוטלת מורכבת, וכן סוף סוף ההבדל בין מטוטלת פשוטה למטוטלת מורכבת.
מטוטלת פשוטה
המטוטלת הפשוטה מורכבת מציר, מיתר ומסה. כדי להקל על החישובים, ההנחה היא שהמיתר אינו אלסטי ובעל מסה אפסית, וצמיגות האוויר על המסה זניחה. המיתר מסובב, והמסה תלויה על ידי החוט כך שתוכל להתנודד בחופשיות. הכוחות היחידים הפועלים על המסה הם כוח הכבידה והמתח של המיתר. אומרים שהתנועה של מטוטלת פשוטה עבור זוויות קטנות מאוד היא בצורה של תנודות הרמוניות פשוטות. התנועה ההרמונית הפשוטה מוגדרת כתנועה שלוקחת את הצורה של a=– (ω^2) x כאשר "a" היא התאוצה ו-"x" היא התזוזה מנקודת שיווי המשקל. המונח ω הוא קבוע. תנועה הרמונית פשוטה דורשת כוח שיקום. במקרה זה, הכוח המשחזר הוא שדה הכוח השמרני של הכבידה. האנרגיה המכנית הכוללת של המערכת נשמרת. תקופת התנודה ניתנת על ידי כאשר l הוא אורך המיתר ו-g הוא תאוצת הכבידה.אם קיים צמיגות או כל כוח שיכוך אחר, המערכת מזוהה כתנודה דחוסה.
מטוטלת מורכבת
המטוטלת המורכבת, המכונה גם המטוטלת הפיזית, היא הרחבה של המטוטלת הפשוטה. המטוטלת הפיזית היא כל גוף קשיח שמסובב כך שיוכל להתנודד בחופשיות. למטוטלת המורכבת יש נקודה הנקראת מרכז התנודה. זה ממוקם במרחק L מהציר שבו L ניתן על ידי L=I/mR; כאן, m היא המסה של המטוטלת, I הוא מומנט האינרציה מעל הציר, ו-R הוא המרחק למרכז המסה מהציר. תקופת התנודה של המטוטלת הפיזיקלית ניתנת על ידי T=L ידוע כאורך התנועה.
מה ההבדל בין מטוטלות פשוטות למטוטלות מורכבות?
• התקופה, ולכן, התדירות של המטוטלת הפשוטה תלויה רק באורך המיתר ובתאוצת הכבידה. התקופה והתדירות של המטוטלת המורכבת תלויים באורך התנועה, במומנט האינרציה ובמסה של המטוטלת, כמו גם בתאוצת הכבידה.
• המטוטלת הפיזית היא התרחיש האמיתי של המטוטלת הפשוטה.
