Tentang gelombang pendulum | Periode, fase, dan pola

Alatnya

Gelombang pendulum memiliki batang mendatar, sering kali dengan penyangga di tiap ujung, dan sederet bola. Setiap bola tergantung pada dua tali berbentuk V, jadi ia hanya bisa berayun tegak lurus terhadap batang. Tali makin pendek sepanjang deretan. Versi klasik memiliki 15 pendulum.

Periode pendulum

Waktu satu ayunan penuh, pergi dan kembali, adalah periode. Untuk ayunan kecil nilainya 2π√(L/g), dengan L adalah panjang hingga pusat bola dan g adalah tarikan gravitasi. Massa bola tidak muncul, dan untuk ayunan kecil lebar ayunan juga tidak. Konon Galileo memperhatikan hal ini di katedral Pisa, saat mengukur waktu ayunan sebuah lampu dengan denyut nadinya.

Satu ayunan lagi per siklus

Panjangnya dipilih sehingga dalam satu siklus, sering kali 60 detik, pendulum terpanjang berayun dalam jumlah bulat, misalnya 51 kali. Berikutnya berayun 52 kali, berikutnya 53, dan yang terpendek 65. Setiap panjang diturunkan dari periodenya T: L = g·(T/2π)². Karena setiap pendulum menyelesaikan ayunan dalam jumlah bulat dalam siklus itu, semuanya kembali ke awal bersama-sama saat siklus berakhir.

Fase: sejauh mana sebuah ayunan berjalan

Fase pendulum menyatakan di mana ia berada dalam ayunannya. Di awal semua fase sama. Setiap pendulum unggul satu ayunan atas tetangganya per siklus, jadi beda fase antara tetangga bertambah secara teratur, dari nol sampai satu ayunan penuh. Selama bedanya kecil, deretan tampak seperti gelombang. Saat bedanya setengah ayunan, tetangga bergerak berlawanan arah.

Barisan dan grup

Di tengah siklus, setiap pendulum unggul setengah ayunan dari pendulum sebelumnya. Bola secara berselang-seling berada di sisi seberang, jadi bola-bola membentuk dua barisan. Pada sepertiga siklus, fase berulang setiap tiga pendulum, dan bola-bola terbagi menjadi tiga grup. Seperempat menghasilkan empat. Di antaranya, pola-pola berlalu begitu cepat sehingga mata melihat gelombang dan ular.

Gelombang yang tidak membawa apa-apa

Tidak ada energi yang merambat sepanjang deretan. Setiap pendulum berayun sendiri, dan tidak ada yang bersentuhan. Gelombang itu adalah pola posisi mereka pada satu saat. Mata menyambung bola-bola yang berjarak rata menjadi kurva yang mulus, mirip seperti mata menyambung jari-jari roda dalam film dan melihat roda berputar pelan atau bahkan mundur.

Mengapa alat sungguhan melambat

Hambatan udara memperkecil setiap ayunan, dan tali serta batang juga mengambil sedikit energi. Waktunya hampir tidak berubah, jadi pola tetap jelas sambil memudar. Ayunan yang lebar memakan waktu sedikit lebih lama daripada ayunan kecil, itu sebabnya gelombang pendulum sungguhan dilepas dari sudut kecil.

Coba di PictorX

Buka gelombang pendulum dan ia sudah berjalan. Geser Waktu untuk melompat ke momen mana pun: tanda di panel Info menunjukkan di mana barisan dan grup muncul. Seret gambar untuk melihat sepanjang batang atau dari atas. Atur Pendulum, Siklus, dan Ayunan, tambahkan garis gelombang atau warna untuk setiap bola, dan simpan PNG.

Pertanyaan yang sering diajukan

Apakah gelombang pendulum adalah gelombang sungguhan?

Tidak dalam arti biasa. Tidak ada energi yang bergerak sepanjang deretan, dan pendulum-pendulum tidak pernah bersentuhan. Yang tampak seperti gelombang adalah pola fase mereka pada satu saat.

Mengapa pendulum-pendulum sejajar lagi setelah satu siklus?

Masing-masing menyelesaikan ayunan dalam jumlah bulat dalam siklus itu, 51, 52, dan seterusnya. Di akhir siklus semuanya kembali ke tempat awalnya, pada saat yang sama.

Apakah berat bola berpengaruh?

Tidak. Periode ayunan kecil bergantung pada panjang dan gravitasi, bukan pada massa. Bola yang lebih berat hanya terus berayun lebih lama melawan udara.

Apa yang terjadi dengan siklus yang lebih pendek?

Siklus yang lebih pendek membutuhkan perbedaan panjang yang lebih besar, jadi pola-pola berlalu lebih cepat. Dengan 12 sampai 26 ayunan dalam 20 detik, tali terpendek kira-kira seperlima panjang tali terpanjang.