Die geniale Galileo en die interessante verhaal van die pendule

Slinger-slinger
terwyl die priester preek...

N die katedraal in Pisa luister ’n weetgierige jong Italiaan na ’n kerkdiens toe sy aandag deur ’n swaaiende kroonkandelaar van die preek afgelei word. Die lamp hang aan ’n lang ketting van die plafon af. ’n Windvlagie moet dit aan die swaai gesit het.

Niks vreemds daaromtrent nie en die deursnee-mens sou hom beswaarlik daaraan gesteur het. Maar nie Galileo Galilei (1564-1642) illustrasie HIERBY nie. Dié talentvolle jongeling, wat hom mettertyd as een van die groot wetenskaplikes in die wêreldgeskiedenis sou onderskei, kom iets baie interessants agter omtrent die swaai van daardie kroonkandelaar.

Die tydsduur van elke swaai—merk Galileo op—is dieselfde, al raak die beweging minder. Hy doen daarna verskeie eksperimente en ontdek dat die tyd vir elke volledige ossillasie (slingering tussen twee punte) altyd dieselfde is vir pendules met dieselfde lengte. Sy ontdekking sou die Wet van die Isochronisme van ’n Pendule genoem word (afgelei van die Grieks isos, wat “dieselfde”, en chronos, wat “tyd” beteken).

Vroeg in sy geskiedenis reeds het die mens op verskillende maniere die tyd met sonwysers, waterklokke en uurglase probeer meet —wel oorspronklike en vindingryke uitvindsels, maar toestelle wat die tyd nie juis baie noukeurig kon aantoon nie. Die eerste meganiese klokke is in die veertiende en vyftiende eeu vervaardig, maar ’n klok wat presies kon tyd hou, kon eers gebou word nadat die wette van die pendule ontdek was. Die pendule met sy reëlmatige swaai reguleer ’n tandrat, wat gedraai word deur ’n gewig wat met verdrag ondertoe afsak, terwyl wysers wat met die rat gekoppel is die tydsverloop aandui (kyk illustrasie heel onderaan hierdie artikel).

Die eerste betroubare klok is deur die Nederlandse wetenskaplike Christian Huygens (1629-1695) gemaak.

Die vervolmaking van die slingerklok (penduleklok) teen die sewentiende eeu het ’n hele omwenteling in tydmeting veroorsaak, en staanhorlosies met swaaiende pendules soos die een REGS was lank ’n integrerende deel van die ameublement in baie voorhuise, ook in Suid-Afrika.

Wat is hierdie pendule dan wat so ’n geweldige verandering teweeggebring het?

Wat is ’n pendule?

’N PENDULE is ’n gewig wat van ’n hegpunt of draaipunt na onder hang, op só ’n manier dat dit vry is om horisontaal heen en weer te beweeg.

Pendules word ook slingers genoem. ’n Pendule het twee dele, te wete ’n gewig (’n sogenaamde slingergewig of “bob” op Engels) en ’n slingerstang of staaf (Engels “rod”).

Wanneer dit nie beweeg nie, hang ’n pendule loodreg ondertoe van sy heg- of draaipunt. Maar sodra dit aan die beweeg gesit word, swaai die pendule heen en weer in ’n boog wat voortdurend op een plek in die ruimte bly tensy ’n krag van buite daarop inwerk.

Grondbeginsels

DIE tyd wat dit ’n pendule kos om een volledige swaai te voltooi van die hoogste punt aan die een kant tot die hoogste punt aan die keersy word die vibrasieperiode genoem.

Die vibrasieperiode hang af van die lengte van die slingerstang en die swaartekrag by die plek waar die pendule geleë is. Nóg die gewig van die slingergewig nóg die breedte van die swaai het ’n merkbare invloed op die vibrasieperiode.

’n Kind se skoppelmaai (“swing” op Engels) is ’n voorbeeld van ’n pendule. ’n Kind wat daarop swaai, sal dieselfde getal kere per minuut daarop heen en weer beweeg of hy nou hoog of laag swaai. As ’n swaarder kind op die skoppelmaai gaan sit, sal die getal vibrasies steeds nie verander nie.

Maar as die skoppelmaai gelig word deur die toue (stang) korter te maak, sal dit minder tyd kos om ’n swaai te voltooi.

Die vibrasieperiode van ’n pendule is direk eweredig aan die vierkantswortel van sy lengte. Byvoorbeeld: as ’n pendule wat een meter lank is ’n periode van een sekonde het, het ’n pendule van vier meter ’n periode van twee sekondes.

REGS: As die vibrasieperiode vir AB een sekonde is, sal dit vir CD twee sekondes wees.

Die beweging van ’n pendule is die gevolg van swaartekrag en inersie. (Inersie is die eienskap van liggame om te volhard in die toestand van óf rus óf beweging waarin hulle hul bevind.)

Wanneer die slingergewig na die een kant verskuif en losgelaat word, trek die swaartekrag dit ondertoe. Die slingergewig versnel totdat dit die laagste punt van die swaai bereik. Inersie veroorsaak dan dat die slingergewig die swaai aan die ander kant boontoe voorsit.

Omdat die slingergewig egter opwaarts teen die swaartekrag beweeg, verloor dit snelheid. Wanneer die slingergewig die toppunt van sy swaai bereik, stop dit ’n oomblik totdat die swaartekrag veroorsaak dat die siklus hom herhaal.

As daar geen weerstand weens wrywing sou wees nie, sou die pendule vir ewig in dieselfde grootte boog bly swaai, omdat die inersie genoeg sou wees om die pendule telkens te laat terugkeer na die hoogte waar dit begin het. Maar weens wrywing verklein die grootte van die boog met elke swaai en uiteindelik kom die pendule heeltemal tot rus, tensy dit deur ’n krag van buite aan die beweeg gehou word.

Gebruike van pendules

OMDAT hul beweging so reëlmatig is, is pendules veral vroeër dikwels in die ou staanhorlosies gebruik, soos ons hierbo gesien het. Pendules kan ook gebruik word om die swaartekrag op enige gegewe plek te meet. Eers word die vibrasieperiode van ’n pendule van ’n gegewe lengte gemeet by ’n plek waar die presiese waarde van die swaartekrag bekend is. Die vibrasieperiode van ’n pendule van dieselfde lengte word dan gemeet waar die waarde van die swaartekrag nie bekend is nie. Uit die waardes van die twee periodes kan die waarde van die swaartekrag op die tweede plek bereken word.

’n Groot pendule is in 1851 deur die Franse fisikus Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) gebruik vir die eerste afdoende demonstrasie van die draaiing van die aarde om sy eie as. Die Foucault-pendule was langer as 60 meter met ’n slingergewig wat met elke swaai ’n streep in los sand getrek het. Wanneer die pendule versigtig aan die beweeg gesit is, het die strepe getoon dat die pendule blykbaar stadig roteer het in die rigting waarin die horlosiewysers loop. Omdat dit bekend is dat ’n pendule aanhou swaai op die vlak waar dit aan die gang gesit is, moes dit die aarde, en nie die pendule nie, wees wat gedraai het.

Sedert 1851 is Foucault-slingers al dikwels in byvoorbeeld museums regoor die wêreld opgestel.

REGS: ’n Illustrasie van die werking van die pendule in die eenvoudigste soort klok. Die gewiggie onderaan laat die getande skyf (wat die ankerrat genoem word) draai. 'n Geboë stafie met ’n hakie aan elke kant (die anker genoem word) haak in die tande van die ankerrat en keer dat dit vry in die rondte kan draai. Die illustrasie dui die oomblik aan waarop die linkerkantste hakie van die anker in die tande van die ankerrat vasgevang is. Op hierdie presiese tydstip is die beweging van die skyf gestaak. Sodra die pendule egter terugswaai, lig die linkerkantste hakie van die anker op, aangesien die anker deur middel ’n vurk met die pendule verbind is. ’n Oomblik lank kan die ankerrat vry draai, maar dit is slegs lank genoeg dat die skyf een tand vorentoe beweeg voordat die ander punt van die anker afwaarts beweeg en in ’n tand van die ankerrat haak. Elke keer dat die skyf vry kom van die anker, gee dit die anker ’n ligte stampie, waardeur die pendule aan die swaai gehou word.

Klik hier om terug te keer na die inhoudsblad