البندول ( Pendulum )
 |
بندول فوكولت يوضح دوران الأرض. فهو يتأرجح في نفس المستوى، ولكنَّ دوران الأرض يُظهر البندول كما لو أنه يغيِّر مساره تدريجيًّا. |
وإذا نُقل بندول من مكانٍ إلى مكان آخر على سطح الأرض، فإن فترة الذبذبة تتغير بقدرٍ طفيف نتيجةً لاختلاف قوة الجاذبية. وتزداد فترة الذبذبة إذا رُفع البندول من مستوى سطح البحر إلى قمة جبل، نظرًا لأنَّ قوة الجاذبية تكون أقلَّ في الارتفاعات العليا.فالبندول البسيط المثبت عند سطح البحر، والذي طوله 24,87سم، له فترة ذبذبة قدرها ثانية واحدة، والبندول الذي له أربعة أمثال هذا الطول له فترة ذبذبة قدرها ثانيتان. والذي له تسعة أمثال هذا الطول تكون فترة ذبذبته ثلاث ثوان... وهكذا.
اخترع أبو سعيد بن يونس المصري بندول الساعة نحو عام 390هـ - 1000م، وأضاف إليه كمال الدين الموصلي (ت:639هـ - 1242م) أشياء متعلقة بالتذبذب. ★ تَصَفح: العلوم عند العرب والمسلمين (الفيزياء).
واكتشف جاليليو بعد ذلك قوانين عمل البندول. فقد لاحظ أنَّ فترة الذبذبة لتأرجح مصباحٍ مُعلّق تكاد تكون ثابتة سواء أكان القوس كبيرًا أم صغيرًا. كما توقَّع استخدام البندول في ضبط حركة الساعة. وفي عام 1657م، اخترع الهولندي كريستيان هايجنز أول ساعة بندولية. وعلى الرغم من أنَّ معدَّات القياس الحديثة تُظهر أنَّ فترة الذبذبة للبندول تزيد عندما تكون أرجحته كبيرة، فإنَّ ملاحظات جاليليو تظل صحيحةً ما دامت الأرجحة صغيرة.
 |
البندول البسيط يتأرجح إلى الأمام والخلف من نقطة ثابتة، ويشكل قوسًا بين نقطتي ب و جـ. ويسمى الزمن الذي يستغرقه البندول للذهاب من ب إلى جـ وبالعكس فترة الذبذبة. |
 |
البندول المتصالب يتأرجح على قضبان من النحاس والحديد تتمدد وتتقلص في اتجاهين متعاكسين مع اختلاف درجات الحرارة. وهكذا يتم الاحتفاظ بطول البندول والفترة بشكل ثابت. |
بندول الساعة:
يتكوَّن عادةً من قضيبٍ يحمل في أحد طرفيه وزنًا ثقيلاً ويتصل طرفه الآخر بحامل صلد. ويمكن بوساطة مسمار عند طرف القضيب أن يجري التحكم في رفع وخفض الثُّقالة (الوزن). وعندما تنخفض الثُّقالة، يصبح تأرجح البندول أكثر بُطئًا، ويؤدي ذلك إلى تأخير توقيت الساعة. وأما إذا رفعت الثُّقالة، فإن البندول يتأرجح بمعدلٍ أسرع، الأمر الذي يؤدي إلى تقديم توقيت الساعة.ويجب أن يكون المفصل الذي يتأرجح حوله البندول أملس إلى أقصى حدٍّ ممكن، ويُصنع عادةً من سنًّ حادّة من العقيق مرتكزة على ثقب داخل قطعة من العقيق.
وتتحكم في آلية الساعة أداة تُسمَّى الشاكوش (الميزان) وظيفتها إعطاء البندول دفعات صغيرة منتظمة تعمل على استمراره في التأرجح. وكلما قام البندول بحركة كاملة، قام الشاكوش بإمرار أحد أسنان عجلة مسنَّنة، وهو ما يُكسب الساعة صوت دقاتها المعهود ¸تكْ ـ تكْ·.
يتمدد قضيب الساعة إذا سُخِّن وينكمش إذا برد، وما لم يصحَّح هذا الأثر، فإنَّ الساعة ستؤخِّر التوقيت في الطقس الحار وتقدّمه في الطقس البارد. وهناك عدة طُرق لتصحيح هذا التأثير. فمثلاً، تحتوي الساعات المعروفة باسم المنظمات على بندولات شبكية، وهي التي تتركب من عدة قضبان من النحاس والفولاذ. تتصل هذه القضبان بحيث تعمل قضبان النحاس على رفع الثقل عند زيادة درجة الحرارة، على حين أن قضبان الفولاذ تعمل على خفضه. وبذا، يظلُّ الطول الكُلي للبندول ثابتًا. وفي تصميم آخر، يُحتفظ بطول البندول ثابتًا عن طريق تمدد وانكماش زئبق موضوع في قدحٍ يتأرجح عند طرف القضيب.
بندولات أخرى:
في بندول اللّي تُعلَّق حلقة أو مجموعة أوزان متوازنة من سلك، وبدوران الأوزان حول السلك، فإنه يلتف على هيئة زنبرك. يُستخدم بندول الليّ فيما يُسمَّى ساعة الأربعمائة يوم كما يُستخدم في أجهزة قياس أخرى.وفي البندول ثنائي السلك، يحمل الثُّقالة سلكان متوازيان. ولكي نحصل على درجة تحكم أكبر في الحركة، يلزم أن يُشدَّ السلكان تمامًا. وهذا البندول حسَّاس لأيِّ تغير في خيط الفادن، وهو الخيط المتجه نحو مركز جاذبية الأرض. واستُخدم بندول الليّ في إثبات أن الأرض لا تدور حول محورها بسرعة ثابتة. ويتأثر مُعَدل دوران الأرض بقوة جذب الشمس والقمر لها.
وفي عام 1851م، علَّق العالم الفرنسي جان فوكوه كرةً كبيرة من الحديد على نهاية سلك طوله نحو 60م، وبوساطة هذا البندول أثبت فوكوه أنَّ الأرض تدور حول محورها. لكنَّ حركة بندول فوكوه لا تقع في مستوى واحد. فمع الحركة الدورانية اليومية للأرض يظهر تغيرٌ في مستوى حركة البندول. ولكن تغير مستوى حركة البندول ظاهريٌّ فقط، فالأرض هي التي تدور تحت البندول، أما البندول فيظلُّ متحركًا في نفس المستوى الذي بدأ فيه الحركة. وهذا التغيُّر لا يبدو ملحوظًا عند خط الاستواء ولكنه يكون واضحًا عند القطبين الشماليّ والجنوبيّ.
وهناك نوع من البندول متقن الصنع يستطيع قياس الفروق الطفيفة في قوة جذب الأرض ؛ ولذا فإنه يستخدم في الكشف عن الرواسب المعدنية في باطن الأرض.
★ تَصَفح أيضًا: الساعة ؛ فوكوه، جان برنار ليون ؛ جاليليو ؛ الجاذبية ؛ هايجنز، كريستيان.