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物理启蒙

秋千与周期:往返运动有规律

10 分钟

秋千不是沿直线一直走,而是在平衡位置两侧往返,这叫振动。完成一次“从左端出发、到右端、再回左端”的全过程称为一个周期。研究周期能帮助我们安排多个设施,避免运动范围互相碰撞。

怎样测得更准

一个周期很短,按秒表反应误差占比大。可以测10个周期总时间再除以10。计数时规定经过哪个位置算起点,避免有人数往返次数、有人数经过中点次数。

分别研究长度和质量

做不同绳长的摆,每次只改变长度,保持摆动物质量和初始角度近似相同;再固定长度改变质量。比较会发现,摆长对周期影响明显,而质量在小角度下影响很小。结论只适用于实验范围,不应无限外推。

释放不能变成推

把摆拉到标记角度后松手,不额外施力。若每次推力不同,振幅和运动会变。可以用纸卡作统一释放挡板,提高重复性。

能量不断转换

摆到最高处速度暂时最小,重力势能较多;经过最低处速度最大,运动能较多。空气阻力和支点摩擦让机械能逐渐转成内能与声音,所以振幅慢慢减小。

留出运动包络

画出座椅运动能够到达的全部区域,不只画一条细线。支架、围栏和其他设施都要在范围外再留余量。

实验:测三种摆长各10周期,画“摆长—周期”图,并据最长摆幅规划安全区。

小纸条

为什么测摆的周期时常测十次再除以十?