Yksinkertainen heiluri vs. yhdistelmäheiluri
Heilurit ovat objektityyppejä, jotka näyttävät säännöllisiä värähteleviä liikkeitä. Yksinkertainen heiluri on heilurin perusmuoto, jonka tunnemme paremmin, kun taas yhdistelmäheiluri on yksinkertaisen heilurin laajennettu muoto. Molemmat laitteet ovat erittäin tärkeitä sellaisten alojen ymmärtämisessä, kuten klassinen mekaniikka, aallot ja värähtelyt ja muut fysiikan alat. Tässä artikkelissa aiomme keskustella siitä, mitä yksinkertainen heiluri ja yhdistelmäheiluri ovat, niiden toimintaa, matemaattisia kaavoja, jotka kuvaavat yksinkertaisen heilurin ja yhdistetyn heilurin liikettä, näiden kahden sovelluksia, yksinkertaisen heilurin ja yhdistetyn heilurin välisiä yhtäläisyyksiä ja lopuksi ero yksinkertaisen heilurin ja yhdistetyn heilurin välillä.
Yksinkertainen heiluri
Yksinkertainen heiluri koostuu nivelestä, kielestä ja massasta. Laskelmien helpottamiseksi merkkijonon oletetaan olevan ei-elastinen ja sen massa on nolla, ja ilman viskositeetti massaan on mitätön. Narua käännetään ja massa ripustetaan nauhaan niin, että se voi värähdellä vapaasti. Ainoat massaan vaikuttavat voimat ovat painovoima ja langan jännitys. Yksinkertaisen heilurin liikkeen hyvin pienissä kulmissa sanotaan olevan yksinkertaisia harmonisia värähtelyjä. Yksinkertainen harmoninen liike määritellään liikkeeksi, joka on muotoa a=– (ω^2) x, jossa "a" on kiihtyvyys ja "x" on siirtymä tasapainopisteestä. Termi ω on vakio. Yksinkertainen harmoninen liike vaatii palautusvoiman. Tässä tapauksessa palautusvoima on painovoiman konservatiivinen voimakenttä. Järjestelmän mekaaninen kokonaisenergia säilyy. Värähtelyjakso saadaan kaavalla, jossa l on merkkijonon pituus ja g on painovoimakiihtyvyys. Jos viskositeettia tai muuta vaimennusvoimaa esiintyy, järjestelmä tunnistetaan vaimennetuksi värähtelyksi.
Yhdistelmäheiluri
Yhdistelmäheiluri, joka tunnetaan myös fyysisenä heilurina, on yksinkertaisen heilurin jatke. Fyysinen heiluri on mikä tahansa jäykkä kappale, joka on käännetty niin, että se voi värähdellä vapaasti. Yhdistetyllä heilurilla on piste, jota kutsutaan värähtelykeskukseksi. Tämä sijoitetaan etäisyydelle L nivelestä, jossa L on L=I/mR; tässä m on heilurin massa, I on hitausmomentti nivelen yli ja R on etäisyys massakeskipisteestä nivelestä. Fysikaalisen heilurin värähtelyjakso saadaan kaavalla T=L tunnetaan pyörityksen pituutena.
Mitä eroa on yksinkertaisten ja yhdistelmäheilurien välillä?
• Yksinkertaisen heilurin jakso ja siten taajuus riippuu vain langan pituudesta ja painovoimakiihtyvyydestä. Yhdistetyn heilurin jakso ja taajuus riippuvat pyörityksen pituudesta, hitausmomentista ja heilurin massasta sekä painovoimakiihtyvyydestä.
• Fyysinen heiluri on yksinkertaisen heilurin tosielämän skenaario.
