Công cụ này làm được gì
Đồng hồ quả lắc giữ thời gian nhờ chuyển động đung đưa đều đặn của một thanh có gắn vật nặng. Công cụ này tính chu kỳ (thời gian để con lắc thực hiện trọn một lần qua lại) của con lắc đơn dựa trên chiều dài của nó, hoặc làm ngược lại để tìm chiều dài cần thiết cho một chu kỳ mong muốn — chẳng hạn nhịp 1 giây dùng trong "con lắc giây". Gia tốc trọng trường có thể điều chỉnh nên bạn có thể mô phỏng bất kỳ vị trí nào trên Trái Đất hay trên hành tinh khác.
Giải thích công thức
Với góc dao động nhỏ, chu kỳ của con lắc đơn là $$T = 2\pi \sqrt{\dfrac{\text{Length (m)}}{\text{Gravity (m/s}^2)}}$$ trong đó L là chiều dài tính bằng mét và g là gia tốc trọng trường (khoảng 9,81 m/s² trên Trái Đất). Hãy để ý rằng chu kỳ chỉ phụ thuộc vào chiều dài và trọng trường — không phụ thuộc vào khối lượng của vật nặng hay biên độ dao động (với góc nhỏ). Biến đổi công thức ta tìm được chiều dài cần cho một chu kỳ mục tiêu: $$L = \text{Gravity (m/s}^2) \cdot \left(\dfrac{\text{Period (s)}}{2\pi}\right)^{2}$$ Tần số đơn giản là nghịch đảo của chu kỳ, \(f = 1/T\), đo bằng hertz.
Cách sử dụng
Chọn xem bạn muốn tính chu kỳ hay chiều dài. Nhập giá trị đã biết (chiều dài tính bằng mét, hoặc chu kỳ mục tiêu tính bằng giây), xác nhận giá trị trọng trường, rồi đọc kết quả. Bảng kết quả còn hiển thị tần số để bạn biết mỗi giây con lắc đung đưa bao nhiêu lần.
Ví dụ minh họa
Một con lắc dài 1 mét trên Trái Đất: $$T = 2\pi \sqrt{\dfrac{1}{9{,}81}} = 2\pi \times 0{,}3193 = 2{,}0064 \text{ giây}$$ Để chế tạo một chiếc đồng hồ có chu kỳ 2 giây, bạn cần $$L = 9{,}81 \times \left(\dfrac{2}{2\pi}\right)^{2} = 9{,}81 \times 0{,}10132 = 0{,}9939 \text{ mét}$$ — gần đúng một mét, và đó chính là lý do con lắc của những chiếc đồng hồ tủ đứng cổ điển có chiều dài xấp xỉ như vậy.
Câu hỏi thường gặp
Khối lượng vật nặng có làm thay đổi chu kỳ không? Không. Với con lắc đơn lý tưởng, chu kỳ không phụ thuộc vào khối lượng.
Vì sao đồng hồ thật của tôi lại lệch một chút? Công thức giả định góc dao động nhỏ và thanh không có khối lượng. Biên độ lớn, lực cản không khí và khối lượng của thanh đều tạo ra những sai lệch nhỏ.
"Con lắc giây" là gì? Là con lắc có chu kỳ 2 giây (mỗi chiều đung đưa mất một giây), đòi hỏi chiều dài khoảng 0,994 m trên Trái Đất.
