Маятник

Маятник — это какое-либо тяжелое тело, совершающее колебания около неподвижной точки. 

Во время колебаний маятника происходят постоянные превращения энергии из одного вида в другой. Кинетическая энергия маятника превращается в потенциальную энергию (гравитационную, упругую) и обратно. Кроме того, постепенно происходит диссипация кинетической энергии в тепловую за счёт сил трения.

Одним из простейших маятников является шарик, подвешенный на нити. Идеализацией этого случая является математический маятник — механическая система, состоящая из материальной точки, подвешенной на невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне в поле тяжести.

Если размерами массивного тела пренебречь нельзя, но всё ещё можно не учитывать упругих колебаний тела, то можно прийти к понятию физического маятника. Физический маятник — твёрдое тело, совершающее колебания в поле каких-либо сил относительно точки, не являющейся центром масс этого тела, или неподвижной горизонтальной оси, не проходящей через центр масс этого тела.

Система из нескольких шариков, подвешенных на нитях в одной плоскости, колеблющихся в этой плоскости и соударяющихся друг с другом, называется маятником Ньютона. Здесь уже приходится учитывать упругие процессы.

Маятник Фуко — это груз, подвешенный на нити, способный изменять плоскость своих колебаний.

Ещё одним простейшим маятником является пружинный маятник. Пружинный маятник — это груз, подвешенный на пружине и способный колебаться вдоль вертикальной оси.

Крутильный маятник — механическая система, представляющая собой тело, подвешенное в поле тяжести на тонкой нити и обладающее лишь одной степенью свободы: вращением вокруг оси, задаваемой неподвижной нитью.

Маятник Капицы — пример динамически стабилизированного перевернутого маятника.

Маятники используются в различных приборах, например, в часах и сейсмографах.

Маятники облегчают изучение колебаний, так как наглядно демонстрируют их свойства.

Период колебаний 
Период колебаний простого математического маятника зависит от его длины, местной силы гравитации и незначительно от угла отклонения от вертикали, называемого амплитудой, и не зависит от массы подвешенного груза. Если величина амплитуды пренебрежимо мала (меньше одной радианы), период колебаний T математического маятника (время совершения полного цикла колебания) это:

где L — длина маятника;

g — ускорение свободного падения.

Определенная продолжительность колебаний маятника представляет лучшее средство для устройства равномерно идущих часов. Часы состоят из системы зубчатых колес, приводимых в движение пружиной или гирей. Без маятника часы двигали бы стрелки очень неравномерно. Маятник пропускает при каждом своем колебании, при помощи приделанного к нему якоря, по одному из зубцов храпового колеса, вследствие чего это колесо имеет вполне определенное периодическое движение, а так как оно находится в зацеплении с одним из колес всего механизма, то и скорость вращения стрелок, соединенных с колесами этого механизма, является вполне определенной.

См. также 

 Метроном
 Механические часы
 Гармонический осциллятор
 Математический маятник
 Физический маятник
 Двойной маятник
 Крутильный маятник
 Пружинный маятник
 Обратный маятник
 Секундный маятник
 Маятник Дубошинского
 Маятник Капицы
 Колыбель Ньютона
 Маятник Фуко
 Баллистический маятник

Примечания

Литература