Еще в 1602 году Галилео Галилей провел наблюдения и заметил, что период колебания маятника не зависит от массы маятника и (при малых колебаниях) от его амплитуды. Таким образом, хотя амплитуда колебаний маятника и затухает со временем – период остается неизменным.
С 1656 года данное постоянство маятника стали использовать в часах. Каждое колебание сопровождается поворотом шестеренки часового механизма, а в результате и движением стрелок часов. Маятник вращается быстрее чем надо – часы спешат, медленнее – часы отстают. Такие часы стали называть маятниковыми. Обычно, чем крупнее часы, тем тяжелее маятник и больше его период колебаний. В настольных часах масса маятника измеряется в граммах, а период колебаний – в десятых секунды. В напольных часах масса маятника достигает одного килограмма, а период вращения – одной секунды.
Большинство людей считают, что Биг-Бен это название часов, или всей Часовой башни, где эти часы стоят. На самом деле, Биг-Бен, это названия главного колокола в часах, а башня с 2012 года называется “башней Елизаветы”. Часовая башня была возведена в 1858 году в Великобритании и является одной из главных достопримечательностей всего королевства. Долгое время часы в башне были самыми большими в мире. Циферблат имеет диаметр 7 метров, а длина минутной стрелки – 4,2 метра. Сердцем часового механизма является маятник. Масса маятника составляет 300 кг, период колебания маятника составляет ровно 4 секунды. Подробнее на сайте Википедии (англ.).
Маятник колеблется в узком помещении, стенки которого защищают его от ветра и резких изменений температуры:
Задание
- Почему, чем крупнее часы, тем тяжелее маятник и больше его длина?
- Как может повлиять изменение температуры часов на их точность? Насколько могут быть значимы эти погрешности?
- Где находится Биг-Бен?
- Определите частоту колебания маятника в старинных часах (из анимации сверху).
- Определите длину маятника из “башни Елизаветы”.
- Определите, во сколько раз маятник из “башни Елизаветы” длиннее маятника старинных часов (из анимации сверху).
- Творческое. Для тонкой подстройки периода колебаний маятника из “башни Елизаветы”, сверху на маятник клали (или снимали) пенни – старинная английская монета. Одна монетка способна скорректировать точность часов на 0,4 секунды за сутки. Почему это происходит, ведь период колебаний не зависит от массы маятника?
В разделе ответы и подсказки можно посмотрить фрагмент фильма “Шанхайские рыцари” с Джеки Чаном в главных ролях. Вы увидите красочное сражение внутри “башни Елизаветы”.