Wahadło fizyczne

Wahadło fizyczne to dowolna bryła sztywna, zawieszona w taki sposób, że oś obrotu znajduje się powyżej jej środka masy.

Na rysunku przedstawiono siły działające na wahadło fizyczne z położenia równowagi. Literą S oznaczono położenie środka masy bryły.

Moment sił, chcący przywrócić położenie równowagi jest równy:

\(M=-mgrsin \alpha \)
 
gdzie: m – masa bryły, g – przyspieszenie ziemskie, r – odległość środka masy od osi obrotu.

Ponieważ dla małych kątów spełniony jest warunek sin\( \alpha \)\( \alpha \) oraz \( \alpha \) = x/r, to moment sił można wyrazić następująco:

\(M=-mgr \frac{x}{r} \)

Zgodnie z zasadami dynamiki bryły sztywnej, moment siły jest równy:

\(M=I \cdot \epsilon \)

gdzie: I – moment bezwładności względem osi wahań, ε – przyspieszenie kątowe.

Przyspieszenie kątowe jest równe \( \epsilon = \frac{a}{r} \) , stąd łącząc ze sobą powyższe równania otrzymamy:

\(I= \frac{a} {r} =-mgr \frac{x}{r} \)

\(a= \frac{-mgr}{I} \cdot x \)

Przyspieszenie w ruchu drgającym jest równe a = -ω2x, więc:

\(- \omega ^{2} x= \frac{-mgr}{I} x\)

\( \omega ^{2} = \frac{mgr}{I} \)

Związek pomiędzy częstością kołową a okresem drgań jest następujący \( \omega = \frac{2 \pi }{T} \) , więc:

\(T=2 \pi \sqrt{ \frac{I}{mgr} } \)

Polecamy również:

  • Wahadło matematyczne

    Wahadło matematyczne to punkt materialny zawieszony na nieważkiej i nierozciągliwej nici, wychylonej z położenia równowagi o kąt α. Wahadło to możemy z dobrym przybliżeniem traktować jako ciężką i niewielką kulę, zawieszoną na lince. Więcej »

  • Wahadło torsyjne

    Wahadło torsyjne, nazywane również wahadłem skrętnym, jest oscylatorem harmonicznym zbudowanym z bryły sztywnej, przymocowanej jednym końcem do cienkiego pręta, który może być poddawany naprężeniom skrętnym. Więcej »

  • Drgania ciężarka zawieszonego na sprężynie

    Jeżeli pewna masa (m) przymocowana do sprężyny o współczynniku sprężystości k zostanie wychylona z położenia równowagi , a następnie swobodnie puszczona, to zacznie ona oscylować wokół początkowego położenia. Więcej »

Komentarze (0)
Wynik działania 5 + 1 =
Ostatnio komentowane
ale banalne
• 2025-04-09 16:07:25
Może być
• 2025-03-27 18:35:05
siema mega fajne
• 2025-03-22 08:47:31
dzięki
• 2025-03-10 15:14:41
bardzo to działanie łatwe
• 2025-03-03 13:00:02