قوانين حركة البندول
يوجد عدة قوانين لاستخدام البندول، وفيما يأتي هذه القوانين:
الحركة التوافقية البسيطة
يمكن استخدام الحركة التوافقية البسيطة أو الحركة التي تصف كيفية تأرجح سرعة الجسم بالتناسب مع مقدار الإزاحة من التوازن لوصف معادلة البندول، حيث يتم الحفاظ على حركة تأرجح البندول من خلال هذه القوة التي تعمل عليها أثناء تحركه ذهابًا وإيابًا، أي أن الحركة التوافقية البسيطة تشبه الحركة الدائرية .
تقسم حركة البندول القوى إلى مكون رأسي وأفقي وتعمل ثلاث قوى مباشرة على البندول، وهي كتلة الجسم والجاذبية والتوتر في الخيط، تعمل كل من الكتلة والجاذبية عموديًا لأسفل نظرًا لأن البندول لا يتحرك لأعلى أو لأسفل فإن المكون الرأسي لشد الخيط يلغي الكتلة والجاذبية، وهذا يدل على أن كتلة البندول ليس لها علاقة بحركته، لكن شد الخيط الأفقي له علاقة.
قوانين البندول البسيط
يعتبر البندول مثل الكتل الموجودة في الزنبرك، وهي أمثلة لمذبذبات توافقية بسيطة إذ إن هنالك قوة تزداد اعتمادًا على كيفية إزاحة البندول، ويمكن وصف حركتها باستخدام معادلة المذبذب التوافقي البسيط.
قوانين نيوتن في البندول
يحدد قانون نيوتن الأول سرعة الأشياء استجابة للقوى إذ ينص القانون على أنه إذا تحرك جسم ما بسرعة معينة وفي خط مستقيم فإنه سيستمر في التحرك بهذه السرعة وفي خط مستقيم بلا حدود طالما لم تؤثر عليه قوة أخرى، يوضح هذا القانون أنه بما أن البندول يتحرك جنبًا إلى جنب وليس لأعلى ولأسفل، فلا توجد قوى صعود وهبوط له.
كما يُستخدم قانون نيوتن الثاني في تحديد القوة الكلية على البندول من خلال ضبط قوة الجاذبية على قوة مساوية لقوة الخيط الذي يسحب لأعلى على البندول.
ينص قانون نيوتن الثالث على أن كل فعل له رد فعل بنفس القوة، يعمل هذا القانون مع القانون الأول الذي يوضح أنه على الرغم من أن الكتلة والجاذبية تلغي المكون الرأسي لمتجه التوتر الخيطي، فإنه لا شيء يلغي المكون الأفقي، يوضح هذا القانون أن القوى المؤثرة على البندول يمكن أن تلغي بعضها البعض.
استخدامات البندول
توجد أنواع مختلفة من البندولات لها تطبيقات مختلفة، مثل:
- البندولات البسيطة، تستخدم لتنظيم حركة الساعات إذ إن الفاصل الزمني لكل ذبذبة كاملة يسمى الفترة الثابتة.
- البندولات الكروية، تستخدم البندولات في الكرات الجبلية.
- البندولات المركبة، تستخدم في تطبيقات قياس تسارع الجاذبية.
اكتشاف البندول
لاحظ العالم الإيطالي جاليليو لأول مرة ثبات فترة البندول من خلال مقارنة حركة المصباح المتأرجح في كاتدرائية بيزا مع معدل النبض، واخترع العالم الهولندي كريستيان هويجنز عالم الرياضيات ساعة يتم التحكم فيها بواسطة حركة البندول، وهو الذي حل المشكلة الأساسية المتمثلة في صنع فترة البندول ثابتة حقًا من خلال ابتكار محور يتسبب في تأرجح الجسم المعلق، على طول قوس دائري بدلاً من دائرة.
