Eenvoudige slinger versus samengestelde slinger
Slingers zijn een soort objecten die periodieke oscillerende bewegingen vertonen. De eenvoudige slinger is de basisvorm van de slinger, waar we meer bekend mee zijn, terwijl de samengestelde slinger een uitgebreide vorm is van de eenvoudige slinger. Beide apparaten zijn erg belangrijk voor het begrijpen van velden zoals klassieke mechanica, golven en trillingen en andere gerelateerde velden in de natuurkunde. In dit artikel gaan we bespreken wat eenvoudige slinger en samengestelde slinger zijn, hun werking, de wiskundige formules die de beweging van eenvoudige slinger en samengestelde slinger beschrijven, de toepassingen van deze twee, de overeenkomsten tussen eenvoudige slinger en samengestelde slinger, en eindelijk het verschil tussen een eenvoudige slinger en een samengestelde slinger.
Eenvoudige slinger
De eenvoudige slinger bestaat uit een spil, een snaar en een massa. Voor het gemak van berekeningen wordt aangenomen dat de string niet-elastisch is en geen massa heeft, en de luchtviscositeit op de massa is verwaarloosbaar. De snaar wordt gezwenkt en de massa wordt aan de snaar opgehangen zodat deze vrij kan oscilleren. De enige krachten die op de massa inwerken zijn de zwaartekracht en de spanning van de snaar. De beweging van een eenvoudige slinger voor zeer kleine hoeken wordt gezegd in de vorm van eenvoudige harmonische oscillaties. De eenvoudige harmonische beweging wordt gedefinieerd als een beweging in de vorm van a=– (ω^2) x waarbij "a" de versnelling is en "x" de verplaatsing vanaf het evenwichtspunt. De term ω is een constante. Een eenvoudige harmonische beweging vereist een herstellende kracht. In dit geval is de herstellende kracht het conservatieve krachtveld van de zwaartekracht. De totale mechanische energie van het systeem blijft behouden. De oscillatieperiode wordt gegeven door waarbij l de lengte van de snaar is en g de zwaartekrachtversnelling. Als viscositeit of een andere dempingskracht aanwezig is, wordt het systeem geïdentificeerd als een gedempte oscillatie.
Samengestelde slinger
De samengestelde slinger, ook wel de fysieke slinger genoemd, is een uitbreiding van de eenvoudige slinger. De fysieke slinger is elk stijf lichaam dat wordt gedraaid zodat het vrij kan oscilleren. De samengestelde slinger heeft een punt dat het oscillatiecentrum wordt genoemd. Deze wordt op een afstand L van het draaipunt geplaatst waarbij L wordt gegeven door L=I/mR; hier is m de massa van de slinger, I is het traagheidsmoment over het draaipunt en R is de afstand tot het massamiddelpunt vanaf het draaipunt. De oscillatieperiode voor de fysieke slinger wordt gegeven door T=L staat bekend als de lengte van de gyratie.
Wat is het verschil tussen eenvoudige en samengestelde slingers?
• De periode en dus de frequentie van de eenvoudige slinger hangt alleen af van de lengte van de snaar en de zwaartekrachtversnelling. De periode en de frequentie van de samengestelde slinger hangen af van de lengte van de draaiing, het traagheidsmoment en de massa van de slinger, evenals de zwaartekrachtversnelling.
• De fysieke slinger is het echte scenario van de eenvoudige slinger.
