Странный маятник, изображенный на рисунке, назван в честь Лайонела Уилберфорса — британского физика, который в 1894 году исследовал и зарегистрировал его поведение. Маятник Уилберфорса состоит из пружины, к которой приделан маленький груз с регулируемым плечом.

 

Когда пружина оттягивается вниз, а потом отпускается, грузик сначала качается вверх-вниз, но вскоре это движение сменяется крутильными колебаниями. Затем эти виды движения периодически чередуются — движение вверх-вниз сменяется вращением, и наоборот. Длина плеча грузика важна, поскольку для того чтобы увидеть чередование движений, частота колебаний пружины и частота крутильных колебаний должны совпадать. Чтобы эти частоты подогнать друг к другу, нужно подобрать длину плеча маятника. Почему маятник Уилберфорса ведет себя так странно?



Рис.  Чередование вертикальных и крутильных колебаний в маятнике Уилберфорса.

 

ОТВЕТ

Маятник Уилберфорса похож на связанные маятники, рассмотренные ранее. В этом случае нормальные моды (типы) колебаний — это колебания пружины и крутильные колебания грузика. Моды являются связанными, поскольку при колебаниях пружины вверх-вниз меняется ее длина и происходит скручивание, то есть при этом она заставляет грузик вращаться: сначала он поворачивается на небольшой угол, но постепенно вся энергия переходит в эти крутильные колебания. Когда грузик вращается, он закручивает и раскручивает пружину, при этом меняется ее длина. Изменения эти сначала малы, но постепенно в колебания пружины переходит вся энергия. А потом процесс повторяется вновь.

 

Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru