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。
- 錯誤認知:擺越重週期越長
- 正確理解:週期與質量完全無關
- 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
相關概念
相關題目
- Q-dimension-pendulum-01 — 考察因次分析法推導物理公式
- Q-pendulum-acceleration-01 — 考察加速度對單擺的影響
- Q-pendulum-correction-01 — 考察擺鐘校正的擺長調整量
- Q-pendulum-faster-conditions-01 — 考察使單擺加快的各種條件
- Q-pendulum-latitude-01 — 考察緯度對單擺的影響
- Q-pendulum-length-increase-01 — 考察擺長改變對計時的影響
- Q-pendulum-length-ratio-01 — 考察兩擺的擺長比
- Q-pendulum-oscillation-count-01 — 考察單擺等時性的應用
- Q-pendulum-period-01 — 考察單擺週期的定義
- Q-pendulum-standard-length-01 — 考察從快慢擺反推標準擺長