นาฬิกาลูกตุ้มทำงานอย่างไร?

ไม่รู้ว่าคุณสังเกตไหมว่ามีปรากฏการณ์ที่น่าสนใจมากมายในชีวิตของเรา เช่น ผู้คนนับหมื่นจะค่อยๆ โยกย้ายตามเสียงดนตรีเมื่อดูคอนเสิร์ต หิ่งห้อยหลายตัวจะส่องแสงเจิดจ้าพร้อมๆ กัน เวลาในคืนที่มืดมิดในฤดูร้อนและจะออกไปพร้อม ๆ กัน และป่าไม้ก็จะบานสะพรั่งพร้อม ๆ กัน และว่ากันว่าเวลาของป้าทวดจะประสานกันเมื่อผู้หญิงอยู่ด้วยกันเป็นเวลานาน อันที่จริงแล้ว ปรากฏการณ์ปกติเหล่านี้เป็นปรากฏการณ์ซิงโครนัส

การดำรงอยู่ของปรากฏการณ์นี้ยังได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองทางวิทยาศาสตร์ โดยวางเครื่องเมตรอนอมจำนวนมากไว้บนกระดานไม้ที่แขวนอยู่ แล้วสุ่มโยนไปทางซ้ายและขวา และเครื่องเมตรอนอมจะแกว่งอย่างโกลาหลตั้งแต่ต้นจนจบการแกว่งจะ จะถูกซิงโครไนซ์อย่างสมบูรณ์และการทดลองนี้เป็นปรากฏการณ์การซิงโครไนซ์ของการแกว่ง

และเช่นเดียวกันคือการแกว่ง มีอีกปรากฏการณ์หนึ่งคือ isochronism ของการแกว่ง และนาฬิกาลูกตุ้มที่เราใช้ในชีวิตของเราถูกสร้างขึ้นโดยใช้ isochronism ของการแกว่ง

นาฬิกาลูกตุ้มเป็นนาฬิกาประเภทแรกสุดที่สามารถรักษาเวลาได้อย่างแม่นยำ นาฬิกาลูกตุ้มถูกสร้างขึ้นตามกฎของลูกตุ้มเดี่ยว มีประวัติยาวนานกว่า 300 ปีนับตั้งแต่กำเนิด และยังคงใช้โดยหลายครอบครัวจนทุกวันนี้

isochronism ของลูกตุ้ม
ผู้คนพบในชีวิตประจำวันและการผลิตว่าวัตถุถูกเหวี่ยงซ้ำๆ เป็นประจำเช่นกัน หลังจากที่วัตถุถูกแขวนด้วยเชือก วัตถุจะแกว่งไปทางซ้ายและขวาซ้ำๆ หลังจากใช้แรงผลัก และนี่คือลูกตุ้มเดี่ยว

ในกระบวนการของการแกว่ง วัตถุจะแกว่งแตกต่างกันเนื่องจากแรงขับที่แตกต่างกันที่กระทำกับวัตถุ ดังนั้นแอมพลิจูดของการแกว่งจะแตกต่างกัน หากแรงขับที่กระทำกับวัตถุมีขนาดใหญ่ แอมพลิจูดของการแกว่งจะใหญ่ขึ้น และถ้าแรงขับน้อยลง แอมพลิจูดของการสั่นก็จะน้อยลง

เมื่อวัตถุแกว่งไปที่จุดสูงสุดในด้านหนึ่ง มันจะแกว่งกลับภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง และเมื่อถึงตำแหน่งต่ำสุด วัตถุจะไม่หยุดเนื่องจากความเฉื่อยในการเคลื่อนที่ แต่จะแกว่งผ่านจุดต่ำสุดเพื่อ ตำแหน่งสูงสุดอีกด้านหนึ่ง เร่งความเร็วและหยุดภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วง แล้วแกว่งกลับมาอีกครั้ง และวัตถุจะแกว่งไปมาระหว่างจุดสูงสองจุด

ภายใต้สมมติฐานที่ว่าเชือกลูกตุ้มมีความยาวเท่ากัน ระยะเวลาในการสวิงจะเท่ากันทุกประการ ซึ่งไม่เกี่ยวอะไรกับน้ำหนักของวัตถุนั้นเอง เช่นเดียวกับแอมพลิจูดของการสวิงซ้ายและขวา นั่นคือ กล่าวคือไม่ว่าคุณจะออกแรงผลักไปที่วัตถุเดียวกันมากหรือน้อยก็ตาม เวลาที่ใช้ในการแกว่งวัตถุเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์จะเท่ากัน ซึ่งก็คือ isochronism ของลูกตุ้ม และเป็นเพราะ isochronism นี้นั่นเอง ของลูกตุ้มที่มีความสามารถในการรักษาเวลา