性格相同的人很容易成为朋友,进而一起 high 起来。而性质类似的单摆在一起,就很容易一起跳舞,不信?一起来看!
关键概念:振动、固有周期、耦合振动、共振。
材料和工具:胶带纸、吸管一根、2 支笔、2 枚一样的硬币或螺帽、棉线、回形针、剪刀。
操作步骤:
1. 把 2 支笔用胶带纸平行地黏在桌子的边缘,注意笔尖要超出桌子一点。
2. 剪 2 段长度一样的棉线(大概 20-30 厘米就够了),然后在末端穿上回形针,里面放一枚硬币。如果是螺帽,直接把棉线穿在螺帽里面就可以了。
3. 在吸管的 2 端各戳 2 个洞,然后分别把 2 根棉线穿进去。
4. 把 2 根棉线的另一端绑在铅笔上,制成单摆。
5. 现在可以玩了。你可以拉一下一根单摆让它开始晃动,观察一下另一根单摆会怎样?
实验原理:单摆的左右摇摆就叫做振动,单摆完成一次振动就叫做一个振动周期,1 秒内振动周期的次数就叫做频率,左右振动的幅度就叫做振幅。你会注意到,一开始只有一个单摆在振动,但是不过多久另一个也会开始振动,振幅也越来越大,最后两个单摆会以同样的节奏交替振动。这种现象就叫做耦合振动,一开始是荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯在 17 世纪发现的。
为什么 2 个单摆会发生耦合振动呢?
不管你一开始把单摆拉得多远,每个单摆完成一个振动周期的时间都是固定的,这就叫做固有周期。单摆的固有周期和棉线的长度有关系。一个大约 25 厘米长的单摆的周期约为 1 秒钟。在我们的实验里,当第一个单摆开始振动时,相连的吸管也会拉扯第二个单摆振动。由于 2 个单摆的棉线长度一样,所以它们的固有周期是一样的,这就产生了共振,共振使第二个单摆的振幅越来越大,并且使 2 个单摆开始交替振动。
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