آونگ ساده در مقابل آونگ مرکب
آونگ ها نوعی اجسام هستند که حرکات نوسانی دوره ای را نشان می دهند. پاندول ساده شکل اصلی آونگ است که بیشتر با آن آشنا هستیم، در حالی که آونگ مرکب شکل توسعه یافته آونگ ساده است. هر دوی این دستگاه ها در درک رشته هایی مانند مکانیک کلاسیک، امواج و ارتعاشات و سایر زمینه های مرتبط در فیزیک بسیار مهم هستند. در این مقاله قصد داریم به این موضوع بپردازیم که آونگ ساده و آونگ مرکب چیست، عملکرد آنها، فرمول های ریاضی که حرکت آونگ ساده و آونگ مرکب را توصیف می کنند، کاربردهای این دو، شباهت های آونگ ساده و آونگ مرکب و … در نهایت تفاوت آونگ ساده و آونگ مرکب.
آونگ ساده
آونگ ساده از یک محور، یک رشته و یک جرم تشکیل شده است. برای سهولت در محاسبات، ریسمان را غیر الاستیک و دارای جرم صفر فرض می‌کنیم و ویسکوزیته هوا روی جرم ناچیز است. ریسمان چرخانده می شود و جرم به وسیله نخ آویزان می شود تا بتواند آزادانه نوسان کند. تنها نیروهایی که بر جرم وارد می شوند نیروی گرانش و کشش ریسمان است. گفته می شود که حرکت یک آونگ ساده برای زوایای بسیار کوچک به صورت نوسانات هارمونیک ساده است. حرکت هارمونیک ساده به صورت حرکتی به شکل a=– (ω^2) x تعریف می شود که در آن "a" شتاب و "x" جابجایی از نقطه تعادل است. عبارت ω یک ثابت است. یک حرکت هارمونیک ساده نیاز به نیروی بازگردانی دارد. در این حالت، نیروی بازگردان، میدان نیروی محافظه کار گرانش است. کل انرژی مکانیکی سیستم حفظ می شود. دوره نوسان به این صورت است که l طول رشته و g شتاب گرانشی است.اگر ویسکوزیته یا هر نیروی میرایی دیگری وجود داشته باشد، سیستم به عنوان یک نوسان میرا شناخته می شود.
آونگ مرکب
آونگ مرکب که به نام پاندول فیزیکی نیز شناخته می شود، امتداد آونگ ساده است. آونگ فیزیکی هر جسم صلبی است که به گونه‌ای چرخانده شود که بتواند آزادانه نوسان کند. آونگ مرکب دارای نقطه ای به نام مرکز نوسان است. این در فاصله L از محور قرار می گیرد که در آن L با L=I/mR داده می شود. در اینجا، m جرم آونگ، I لحظه اینرسی روی محور، و R فاصله تا مرکز جرم از محور است. دوره نوسان برای آونگ فیزیکی با T=L داده می شود که به عنوان طول چرخش شناخته می شود.
تفاوت بین آونگ ساده و مرکب چیست؟
• دوره و در نتیجه بسامد آونگ ساده فقط به طول رشته و شتاب گرانشی بستگی دارد. دوره و فرکانس آونگ مرکب به طول چرخش، ممان اینرسی و جرم آونگ و همچنین به شتاب گرانشی بستگی دارد.
• آونگ فیزیکی سناریوی واقعی آونگ ساده است.
