Heiluri

Heiluri on laite, joka koostuu niveleen kiinnitetystä jäykästä varresta (tai langasta) sekä sen päässä olevasta massasta (kuula tms.). Kun heiluri poikkeutetaan tasapainoasemastaan ja vapautetaan, syntyy heiluriliike, jossa massa liikkuu painovoiman ja mekaniikan peruslakien vaikutuksesta edestakaisin alimman pisteensä ohitse.

Animoitu heiluri, jossa näkyvät nopeus- ja kiihtyvyysvektorit (v ja a)

Heilurin keksi alun perin Ibn Yunus 1000-luvulla. Hän tutki ja dokumentoi sen oskilloivaa (edestakaista) liikettä. Galileo Galilei havaitsi 1600-luvulla kokeiden perusteella, että heilurin heilahdusaika ei riipu heilahduksen laajuudesta. Vaikka Galilei uskoi tämän verrannollisuuden olevan eksakti, se on vain pienille amplitudeille pätevä approksimaatio. Siihen kuitenkin perustuu heilurin käyttö kellojen käyntinopeuden vakioimiseen.

Heilahdusajan laskeminen

Ainoastaan pienillä heilahduskulmilla (alle 15°, jota suuremmilla kulmilla laskujen tarkkuus heikkenee huomattavasti) heilurin liike voidaan approksimoida harmoniseksi liikkeeksi. Tällöin heilahdusaika riippuu merkittävästi ainoastaan heilurin pituudesta ja painovoiman suuruudesta. Heilurin massa ja heilahduksen laajuuden eli amplitudin vaihtelut eivät vaikuta heilahdusaikaan.

Heilahdusaika eli heilahdusliikkeen jaksonaika on aika, jona heiluri tekee edestakaisen heilahduksen (vasemmalta oikealle ja takaisin). Kaava heilahdusajan T laskemiseksi on:

$T=2\pi {\sqrt {\frac {\ell }{g}}}\,$

missä $\ell$ on heilurin pituus ja $g$ putoamiskiihtyvyys. (Sijoittamalla kaavaan arvot T = 1 s ja g = 9,81 m/s² saadaan heilurin pituudeksi noin 25 cm.)

Tämä kaava pätee ideaaliselle heilurille, joka oletetaan kitkattomaksi. Todellisen fysikaalisen heilurin heilahdusaikaa laskiessa pitää ottaa huomioon nivelen kitka ja heilurin ilmanvastus, jotka vaimentavat heilahdusta.

Katso myös

• Ballistinen heiluri
• Foucault'n heiluri
• Harmoninen värähtelijä
• Heilurikello
• Kiertoheiluri
• Oskillaattori

Aiheesta muualla

• Teoriaa heilurista (englanniksi)