علوم وفضاء

ساعة البندول والحرارة: احسب تأخر اليوم

الحرارة والفترة والخطأ اليومي
حساب نموذج افتراضي؛ السالب تأخر.

ساعة البندول والحرارة: إطالة الدورة تؤخر قراءة الساعة. [1]

الخلاصة السريعة

في مثالنا المثالي، التسخين من20 إلى40°م يؤخر الساعة نحو17.275 ثانية خلال يوم حقيقي. [1][2]

  • نفترض كتلة نقطية وقضيبًا خفيفًا، تسارع جاذبية g ثابت وسعة متناهية الصغر؛ T=2π√(L/g). L طول التعليق إلى الكتلة، وT زمن دورة كاملة. L بالمتر وg بالمتر/ثانية². الساعة تضيف T0=2s لكل دورة؛ s ثانية. نهمل التخميد وأخطاء الآلية وتقطّع العرض. [1]
  • عند20°م نعاير T0. نموذج افتراضي ثابت: L=L0(1+δ)، وδ=αΔθ؛ L0 الطول المرجعي؛ 1+δ>0. α=0.00002K⁻¹ وΔθ فرق الحرارة بالكلفن أو°م. عند40°م: δ=0.0004، فيزيد الطول0.04%. α ليست قيمة لمادة مسماة. [2]
  • إذا مر زمن حقيقي t، فعدد الدورات N=t/T والقراءة τ=NT0؛ إذن τ/t=T0/T=1/√(1+δ). في التسخين: T≈2.000400s؛ عند t=86400s يكون τ−t≈−17.275s. السالب تأخر، لا تقدم. [1]
  • عند0°م: Δθ=−20 وδ=−0.0004. ينكمش القضيب؛ T≈1.999600s، والقراءة تتقدم17.285s في86400s. اختلاف المقدارين ناتج النموذج؛ لا يثبت دقة ساعة حقيقية بهذه الكسور. [2]
  • لـ|δ| صغير، الخطأ E=τ−t يقارب −tδ/2؛ يعطي −17.280s للتسخين و+17.280s للتبريد. التماثل تقريبي؛ علاقة طولنا مفترضة خطية، والنتائج الأكثر تفصيلًا داخلها فقط. [1][2]
  • الرسم يحسب E=86400((1+αΔθ)⁻½−1) بوحدة s لفرق ثابت −20≤Δθ≤20. عند الصفر لا خطأ؛ الموجب حراريًا يعطي تأخرًا. لا يعمم الرسم على حرارة تتغير خلال اليوم أو سعة كبيرة. [2]

ثبت نموذج الساعة

نفترض كتلة نقطية وقضيبًا خفيفًا، تسارع جاذبية g ثابت وسعة متناهية الصغر؛ T=2π√(L/g). L طول التعليق إلى الكتلة، وT زمن دورة كاملة. L بالمتر وg بالمتر/ثانية². الساعة تضيف T0=2s لكل دورة؛ s ثانية. نهمل التخميد وأخطاء الآلية وتقطّع العرض. [1]

احسب التمدد المفترض

عند20°م نعاير T0. نموذج افتراضي ثابت: L=L0(1+δ)، وδ=αΔθ؛ L0 الطول المرجعي؛ 1+δ>0. α=0.00002K⁻¹ وΔθ فرق الحرارة بالكلفن أو°م. عند40°م: δ=0.0004، فيزيد الطول0.04%. α ليست قيمة لمادة مسماة. [2]

اقلب نسبة الفترتين

إذا مر زمن حقيقي t، فعدد الدورات N=t/T والقراءة τ=NT0؛ إذن τ/t=T0/T=1/√(1+δ). في التسخين: T≈2.000400s؛ عند t=86400s يكون τ−t≈−17.275s. السالب تأخر، لا تقدم. [1]

الدورات الأطول تقلل N؛ التروس تحتفظ بثانيتين لكل دورة. [1]

افحص التبريد

عند0°م: Δθ=−20 وδ=−0.0004. ينكمش القضيب؛ T≈1.999600s، والقراءة تتقدم17.285s في86400s. اختلاف المقدارين ناتج النموذج؛ لا يثبت دقة ساعة حقيقية بهذه الكسور. [2]

ميز التقريب من حساب النموذج

لـ|δ| صغير، الخطأ E=τ−t يقارب −tδ/2؛ يعطي −17.280s للتسخين و+17.280s للتبريد. التماثل تقريبي؛ علاقة طولنا مفترضة خطية، والنتائج الأكثر تفصيلًا داخلها فقط. [1][2]

الخطأ اليومي بحسب فرق الحرارة
حساب النموذج لحرارة ثابتة خلال اليوم.

اقرأ منحنى الخطأ

الرسم يحسب E=86400((1+αΔθ)⁻½−1) بوحدة s لفرق ثابت −20≤Δθ≤20. عند الصفر لا خطأ؛ الموجب حراريًا يعطي تأخرًا. لا يعمم الرسم على حرارة تتغير خلال اليوم أو سعة كبيرة. [2]

المراجع

  1. البندول والفترة
  2. التمدد الخطي

قوانين حركة البندول

أُعدّ هذا المقال بمساعدة الذكاء الاصطناعي، وخضع لمراجعة ذاتية بالأداة نفسها. لا يُنسب إلى مراجع بشري أو خبير مستقل. منهجية المحتوى.