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單擺的介紹
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不只有物體可以當單擺,人也可以呢!
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有個故事是這樣流傳的 故事中的主角誕生在義大利比薩城的一個沒落貴族家庭裡,他叫伽利略,18歲時在父親的強烈意志下,心不甘情不願的進入比薩大學習醫。 故事發生在比薩大教堂。 一天,伽利略在比薩大教堂作禱告,突然發現教堂天花板的吊燈在擺動。 吊燈擺動有什麼稀奇?那一盞的燈火在教堂裏不知道擺動了多少年,也不知道有多少人看到過它的擺動。 伽利略的腦海裡竟然對這再普通也不過的現象產生了一堆疑問。 他右手指按住左腕的脈博,心裏默默的計算燈火擺動的次數。 為什麼按脈搏呢?別忘了,他是醫學院的學生呀,按脈搏應該是當時醫生常做的事吧?而且在那時候,可沒有我們現在使用的『鐘』和『錶』喔!(都還沒發明出來呢!咦,那當時如何計時?) 他按著自己的脈搏,凝視這盞左右擺動的吊燈,他發現: 不管吊燈擺動的幅度是大是小, 每擺動一次所需的時間是相等的。
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伽利略的這個發現,物理教科書中稱為『等時性』,這時他還不到20歲。這真是平凡中的不平凡,吊燈的擺動,竟然隱藏了這麼偉大、奧祕的科學定理!(你覺得偉大嗎?奧秘嗎?還是覺得沒什麼稀奇?)
於是伽利略進一步實驗研究單擺的性質,結果發現單擺的長度改變,擺動的週期就不一樣;但是擺錘的重量、擺幅的大小和擺動的週期無關。用數學式來描述,就是: T:週期,就是來回擺動一次所需的時間 L:擺長 g:重力加速度,g= 9.8 m/s2 π:圓周率,就是 的確,從這個式子中,是沒有看到擺錘的重量、擺幅的大小,因此,它們和擺動的週期無關。
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可是,你難道不會想問, 為什麼?為什麼無關?真的無關? 你真的相信『擺錘的重量、擺幅的大小和擺動的週期無關』? 還有,公式中為什麼會有『π』? 不管怎麼說,伽利略的發現在當時是一項創舉,那時他還不滿20歲。後來,伽利略再利用擺的原理,製作了一種儀器「計脈器」,可以用來測病人的脈搏次數。 至於,利用擺的原理來做時鐘,那就是數十年之後的事囉,這時伽利略已經作古了。 那伽利略做實驗都是用什麼來計時?難不成用脈搏? 你知道利用單擺的等時性來製作鐘的是誰嗎?
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先來說說這個π好了。 其實,這二樣都是惠更斯(Huygens,1629~1695)的貢獻。
話說當年,伽利略寫下來的式子並不是 他只提出 單擺的長度改變,擺動的週期就不一樣;但是擺錘的重量、擺幅的大小和擺動的週期無關 那這個式子到底是誰寫的?尤其是裡面那個 2π是怎麼跑出來的?g又是怎麼量出來的? 其實,這二樣都是惠更斯(Huygens,1629~1695)的貢獻。 他的研究成果記錄在他1673年出版的《鐘擺》一書中。(註) (距離伽利略按脈搏看吊鐘的已有90年之久) (Huygens,1629~1695)
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其實,這二樣都是惠更斯(Huygens,1629~1695)的貢獻。
他的研究成果記錄在他1673年出版的《鐘擺》一書中。(註) (距離伽利略按脈搏看吊鐘的已有90年之久) (Huygens,1629~1695) 惠更斯研究圓周運動,算出了比例常數 2π。 他利用秒擺(週期為 2 秒),量出了重力加速度g的值。 (伽利略沒有算出 g值嗎?是惠更斯最早算出 g值的嗎?還是有其他的實驗更早算出 g?) 1656年,他發明了有擺的鐘擺。
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