Теорема Гюйгенса

Если физический маятник подвесить за центр качания, то его период колебаний не изменится, а прежняя точка подвеса сделается новым центром качания.

Доказательство

Вычислим приведенную длину для нового маятника:

.

Совпадение приведённых длин для двух случаев и доказывает утверждение, сделанное в теореме.

Для того, чтобы найти период колебаний физического маятника, необходимо решить уравнение качания.
Для этого умножим левую и правую часть этого уравнения на . Тогда: .

Интегрируя это уравнение, получаем , где произвольная постоянная. Её можно найти из граничного условия, что в моменты .

Получаем: .

Подставляем и преобразовываем получившееся уравнение: .

Отделяем переменные и интегрируем это уравнение: .

Удобно сделать замену переменной, полагая . Тогда искомое уравнение принимает вид:

.

Здесь — нормальный эллиптический интеграл Лежандра 1-го рода. Для периода колебаний получаем формулу:

.

Здесь — полный нормальный эллиптический интеграл Лежандра 1-го рода. Раскладывая его в ряд, можно получить удобную для практических вычислений формулу:

.