9 skutečných příkladů použití kyvadla

Porozumění kyvadlo fyzika je důležitá pro pochopení pohybu, gravitace, setrvačnosti a dostředivé síly. Podívejme se na příklady použití kyvadla v našem okolí. 

Níže jsou uvedeny příklady použití kyvadla:

• Houpačka na hřišti
• Hodiny
• Jízdy zábavním parkem
• Foucaultovo kyvadlo
• Metronom
• Bungee jumping
• Skokanský můstek
• Demoliční koule
• Lidské nohy
• Balistické kyvadlo

Kredity obrázku: Stündle (úprava Ideofágní), Kyvadlo-bez textu, CC BY-SA 4.0

Houpačka na hřišti:

Většina dětí je na houpačkách od té doby, co umí chodit, ať už to bylo doma na houpačce pro kojence, na houpačce pro batolata na hřišti nebo na houpačce na zahradě. Dítě zde v tomto případě působí jako hmota zavěšená na lanech na obou stranách připevněného sedátka houpačky, která se po nastavení pohybu může volně pohybovat. Tento pohyb lze zahájit tak, že se s pomocí nohy zhoupnete trochu dozadu a poté jej uvolníte.

Kredity obrázku: Stillehler, Dětské houpačky, CC BY-SA 3.0

Hodiny:

V závislosti na stáří a stylu hodin vibruje obrovské kyvadlo nebo křemenný krystal, aby udržoval čas. K udržení přesnosti mechanických hodin se používá kyvadlo. Délka kyvadla a gravitační síla ovlivňují dobu, po kterou se kyvadlo rozhoupe, což se nazývá perioda.

Za účelem ovládání převodového systému je horní konec ramena kyvadla připojen k mechanismu, zatímco spodní konec je spojen se zemí. Ozubená kola jsou zodpovědná za řízení ručiček hodin. Tření způsobí, že se trochu ztratí pohyb kyvadla; to je kompenzováno navíjecí pružinou nebo závažím. Protože jsou in Jednoduchý harmonický pohyb, oscilátory mají konstantní periodu kmitání.

To jim umožňuje udržovat přesný přehled o čase. Tento přesný okamžik je důležitý nejen pro pohodlí.

Kredity obrázku:David R. Tribble Google Photos, Hodiny-JungHans-6932, CC BY-SA 3.0

Atrakce v zábavním parku:

Nyní lze využití kyvadla vidět na mořském drakovi nebo na obrovské houpačce lodi v zábavním parku. Mějte na paměti, že kyvadlo se skládá z předmětu s bobem, který visí na konci tyče nebo provázku, což umožňuje předmětu volně se houpat v opačném směru. První Newtonovo pravidlo říká, že prvek v klidu zůstane v klidu (pokud nedojde k žádnému vnějšímu rušení), což znamená, že ke zvednutí jízdy v zábavním parku do vzduchu musí být použit motor.

Poté převezme vládu gravitace a vrátí jízdu zpět na zem. Jízda je tlačena dopředu setrvačností, která ji udržuje v pohybu. S pomocí setrvačnosti a gravitace se jízda zvedá a klesá ve výšce. Tření, které zajišťují brzdy, je jedinou položkou, která dokáže jízdu úplně zastavit.

Kredity obrázku: https://www.publicdomainpictures.net/en/view-image.php?image=108465&picture=amusement-park-ride

Foucaultovo kyvadlo:

K určení času se nezávisle na jakémkoli jiném zařízení používá Foucaultovo kyvadlo. Obvykle je konstruován s velkou kovovou koulí, která je spojena s dlouhým kabelem. Aby se kyvadlo mohlo volně kývat v jakékoli vertikální rovině, musí být drát zavěšen na vyhlídce na stropě. Když je míč bezpečně uvolněn, houpe se tam a zpět, ale jak plyne čas, rotace Země změní směr houpání.

Za jeden den se kyvadlo otočí kolem tyčí a dokončí celé kolo na zemi. Na rovníku na něj Země nemá žádný vliv; bude se donekonečna houpat stejným směrem. Na mezilehlých místech pokryje část kruhu za jediný den, přičemž doba pokrytí kruhu se zvyšuje se zeměpisnou šířkou. Při dostatku informací o zeměpisné šířce lze polohu kyvadla použít k určení aktuální denní doby.

Kredity obrázku: Daniel Sancho ze španělské Málagy, Detail Foucaultova kyvadla, CC BY-SA 2.0

Metronom:

Metronom je zařízení, které vytváří rytmické tikání, aby pomáhalo hudebníkům udržovat konzistentní tempo při hraní skladby. Konstrukce je v tomto případě variantou kyvadla. Oscilační rameno je v tomto případě upevněno na spodní straně rámu. V rámci metronomu se pevné protizávaží používá k vyvážení druhého závaží, které je připevněno k oscilačnímu rameni.

Periodu lze upravit pohybem protiváhy nahoru a dolů po paži, čímž se změní, jak rychle metronom osciluje. Jako vratná síla v tomto případě slouží gravitace působící na pevné protizávaží. Čím blíže je váha ke spodní části paže, tím rychleji se bude paže kývat a vytvářet klíšťata a tím více klíšťat bude generovat.

Kredity obrázku: Paco z Badajoz, Španělsko, Wittnerův metronom, CC BY 2.0

Bungee jumping:

Při této technice je dlouhé, elastické lano připojeno ke kotníkům osoby, která poté seskočí z mostu nebo plošiny, což způsobí vytvoření řady vertikálních oscilací. Pro určení amplitudy oscilací je proveden velmi přesný výpočet, protože chyba ve výpočtu může vést ke ztrátě života. Aby nedošlo k poškození, tento sport by měl být provozován pouze s nejvyššími možnými bezpečnostními opatřeními.

Kredity obrázků: „Bungee Jumping I"(CC BY ND 2.0) podle Jambar Tambako

Skokanský můstek:

Tento oscilační systém je označován jako konzola, která je sama o sobě popisována jako tuhá konstrukce, která je upevněna pouze na jednom konci. SHM se provádí na skokanském můstku a osobě na jeho okraji, když poskakuje nahoru a dolů na konci koncového pláště skokanského můstku.

Tento pohyb ovlivňuje několik faktorů, včetně silové konstanty prkna (silnější prkno by tolik nekmitalo) a hmotnosti osoby na prkně (amplituda oscilace se bude zvyšovat úměrně hmotnosti jednotlivce.)

Kredity obrázku: https://pxhere.com/en/photo/1178859

Demoliční koule:

Bourací koule, která se používá k demolici staveb, je další příklad pohybu kyvadla. Po zajištění demoliční koule pevným kabelem a jejím navedení směrem k demolované konstrukci se zkušený jeřábník zhoupne a demoliční kouli uvolní. Energie se akumuluje během pohybu vzhůru a uvolňuje se při kontaktu míče s předmětem.

Kredity obrázků: „Demoliční koule"(CC BY 2.0) podle compujeramey

Lidské nohy:

Dokonce i vaše vlastní nohy reagují podobným způsobem jako kyvadla. Ve skutečnosti je nejúčinnějším způsobem přepravy umožnění pohybu nohou při chůzi jejich přirozenou rychlostí. Jak dlouho vaší noze trvá, než dosáhne pohybu tam a zpět, je určeno délkou vašich nohou. To je důvod, proč se lidé s dlouhýma nohama někdy zdají kličkovat, zatímco lidé s krátkýma nohama chodí rychle.

Kredity obrázku: https://pxhere.com/en/photo/833346?utm_content=shareClip&utm_medium=referral&utm_source=pxhere

Balistické kyvadlo:

Balistické kyvadlo je obrovský blok dřeva, který je zavěšen na lanech a je používán policejními složkami po mnoho let. Hmotnost dřeva může být vypočtena s přesností. Technik vystřelí kulku skrz zeď budovy. Kulka se do ní vloží a způsobí, že se spustí. Hybnost a energie kulky jsou reprezentovány bodem, ve kterém se nejvíce zhoupne dozadu. Pomocí hmotnosti a rychlosti střely pak technik může vypočítat rychlost střely.

Kredity obrázku: Steven Keys, Balistické kyvadlo, CC BY 4.0

Abychom to shrnuli, kyvadlo je jednoduše závaží, které je zavěšeno na čepu a umožňuje mu volně se houpat. Když je kyvadlo vytaženo do strany z jeho klidové, rovnovážné polohy, gravitace na něj působí vratnou silou a nutí ho, aby se vychýlilo zpět do své klidové, rovnovážné polohy. Vratná síla působící na hmotu kyvadla způsobí, že kyvadlo po uvolnění osciluje kolem rovnovážné polohy a kývá se oběma směry.

Perioda je doba, kterou trvá dokončení celého cyklu, který zahrnuje švih doleva i doprava. Délka kyvadla a v menší míře amplituda neboli šířka výkyvu kyvadla definují periodu kyvadla. Výše příklady kyvadla použití vysvětluje, jak se věda o kyvadle používá v reálném životě.

Také čtení:

• Příklady kyvadla