Груз, подвешенный на оси, который качается взад и вперед под действием силы тяжести.Маятник — это груз, подвешенный на оси, который может свободно качаться. При отклонении от положения равновесия сила тяжести создает возвращающую силу, заставляющую его колебаться взад и вперед. Период простого маятника — время одного полного колебания — зависит только от его длины и локального ускорения свободного падения, но не от массы груза или амплитуды (при малых колебаниях). Это замечательное свойство делает маятники точными хранителями времени и чувствительными приборами для измерения гравитации.
Галилео Галилей наблюдал изохронность маятников около 1602 года, а Христиан Гюйгенс построил первые маятниковые часы в 1656 году. Теория была уточнена Ньютоном, а затем математиками, такими как Эйлер и Лагранж.
Движение маятника определяется балансом между силой тяжести (тянущей груз вниз) и натяжением нити или стержня (ограничивающим движение по дуге). При малых углах движение приближенно является простым гармоническим: возвращающая сила пропорциональна смещению, что приводит к синусоидальным колебаниям. Период равен T = 2π√(L/g), где L — длина, а g — ускорение свободного падения. При больших амплитудах период немного увеличивается; эта поправка вычисляется с помощью эллиптических интегралов.
Маятники используются в часах, сейсмометрах и гравиметрах; маятник Фуко демонстрирует вращение Земли. В современной физике крутильные маятники измеряют слабые гравитационные силы и проверяют принцип эквивалентности.
Период маятника не зависит от массы груза, поэтому более тяжелый маятник качается с той же частотой, что и более легкий той же длины.
