كانت ذات يوم جزءًا من ساعات الحائط
هذا اللغز موجود في بعض الألعاب الشهيرة، وهي اللعبة السرية التي يفضلها كثير من الناس، والحل لهذا اللغز هو كلمة البندول، حيث يكون هذا الشيء عبارة عن جسم حر يتأرجح يسارًا ويمينًا نقطة ثابتة.
ما هو المقصود بالبندول؟
- البندول هو الجسم الذي يرقص إلى اليمين واليسار من نقاط ثابتة ومحددة عندما يتم سحبه إلى جانب معين ثم تركه حراً. من خلال تأثير الجاذبية عليه، يتحرك البندول بمعدل ثابت ومنتظم.
- يتكون شكل البندول من وزن معين مربوط في نهايته بقطعة من الخيط أو السلك المناسب له، ويتحرك وزن البندول على مسار يعرف باسم قوس البندول، والفترة الزمنية التي الوزن الذي يأخذ من أجل التحرك على جانبي نقطة الاستقرار يسمى فترة التذبذب.
ساعة البندول وكيفية التحكم بالتوقيت
- غالبًا ما يتكون بندول الساعة من قضيب، له وزن ثقيل في أحد طرفيه، بينما يتم توصيل الطرف الآخر من القضيب بحامل صلب، ويوجد مسمار تثبيت في نهاية القضيب، من أجل التحكم رفع وخفض الوزن.
- إذا كان هناك انخفاض في الوزن المعلق، فهذا يدل على تأخر توقيت الساعة نتيجة بطء حركة البندول التي حدثت لها بعد انخفاض الوزن، بينما عند رفع الوزن، فإن الحركة يصبح البندول سريعًا، مما يؤدي إلى تقدم توقيت الساعة.
- من الضروري أن يكون المفصل الذي يتحرك حوله البندول لينًا جدًا وغالبًا ما يكون مصنوعًا من العقيق.
- المطرقة أو الميزان هي الأداة الرئيسية التي تتحكم في آلية الساعة وتتحكم فيها، ومهمتها إعطاء البندول زخمًا صغيرًا ومنتظمًا يساعد في استمرار الحركة الخاصة للبندول لليسار واليمين.
تأثير الجاذبية على حركة البندول
- لا تتغير فترة تذبذب حركة البندول بشكل ملحوظ عندما ينتقل من مكان إلى آخر على سطح الأرض، وذلك بسبب الاختلاف بين قوة الجاذبية التي تختلف من مكان إلى آخر.
- يُلاحظ أنه عندما يزداد ارتفاع البندول فوق سطح الأرض، تزداد فترة التذبذب، حيث تقل قوة الجاذبية في الأماكن ذات الارتفاع العالي.
- على سبيل المثال، البندول البسيط المثبت على سطح البحر، والذي يبلغ طوله 24.87 سم، له فترة اهتزاز معينة تبلغ ثانية واحدة، بينما يبلغ طول البندول أربعة أضعاف هذا الطول.
- تبلغ فترة اهتزازها ثانيتين، بينما يبلغ طولها تسعة أضعاف هذا الطول، وتستمر فترة اهتزازها ثلاث ثوانٍ، وهكذا.
من هو مخترع البندول؟
- يعتبر كريستيان هيغنس أول عالم صنع البندول أو ما أسماه بساعة البندول، وهذا العلم المتفوق طبق مبدأ حركة البندول عام 1657، لكن العالم الشهير جاليليو هو من أثبت حركة البندول.
- ويذكر أيضًا أن هناك عالمًا مصريًا لامعًا سبق العالم الشهير جاليليو في اختراع البندول البسيط بمئات السنين.
أهم تطبيقات حركة البندول التوافقي البسيط
- يتكون البندول البسيط من خيط رفيع يتم في نهايته تثبيت جسم كتلته m ويكون تحت تأثير التسارع الأرضي g. تؤثر قوتان على البندول عند نقطة السكون، وهما قوة الشد الناتجة عن سحب الخيط بقوة، وقوة المكرر التي تعيد الجسم إلى موضعه الأصلي.
- عندما يتم تطبيق قانون هوك، الذي ينص على أن القوة المؤثرة على أي زنبرك تتناسب مع امتداد أو توتر ذلك الزنبرك (الجسم المعلق بالنسبة للبندول).
- من نقطة تساوي الطول (نقطة استراحة البندول)، يمكننا معرفة جميع قيم التردد والوقت الدوري للبندول.
أهم الملاحظات حول استخدام البندول البسيط
- هناك بعض الملاحظات التي يجب أن تعرفها عند استخدام البندول وهي:
- عندما تكون الزاوية التي يصنعها البندول صغيرة، لا يعتمد الوقت والتردد الدوري لهذا البندول البسيط على كتلة الجسم المترهل أو على اتساع التذبذب.
- إن الخيط وتسارع الجاذبية وحدهما هما العاملان الأساسيان اللذان يعتمد عليهما كل من الوقت وتكرار البندول.
- من المهم أن تتذكر الافتراضات المتعلقة بالزاوية التي تكون صغيرة في حل مشاكل البندول.
- عندما يكون الجسم المعلق ثابتًا عند نقطة السكون، تكون الزاوية صفرًا.
قديما كان البندول جزءا من ساعات الحائط في بيت الجد والجدة، حيث تميز بشكله الفخم والمميز الذي يضفي على المكان البهجة بصوته المرعب والهادئ.