單擺

單擺是擺長約 1 公尺、擺角在 5° 以內的簡單擺動系統,具有等時性,週期 T = 2π√(L/g)。

背景知識

此為起始概念,無需先備知識。

詳細說明

基本結構

細繩(不可伸長、質量可忽略)懸掛一個小球。

等時性

伽利略發現:擺角很小(5° 以內)時,單擺的週期與擺幅無關——這就是等時性

週期公式(見單擺週期公式

T = 2\pi\sqrt{{\frac{{L}}{{g}}}

  • T 是週期(完成一次來回的時間)
  • L 是擺長(懸點到擺球中心的距離)
  • g 是重力加速度

關鍵特徵

  • 週期只取決於擺長 L 和重力加速度 g
  • 與擺球質量無關、與擺幅無關(小角度時)

常見錯誤

此段為 LLM 增強內容,教材原文未提及。

  1. 錯誤認知:擺越重週期越長
    • 正確理解:週期與質量完全無關
  2. 易混淆概念:等時性在任何角度都成立
    • 區別:等時性只在小角度(5° 以內)時成立,大角度時週期會隨擺幅增加

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