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誰最搖擺

誰最搖擺

目的

用簡單的器材來演示共振(resonance)的現象。

 

實驗

實驗裝置:塑膠長尺、塑膠氣球棒3支、橡膠吸盤(盤面直徑約3cm)6個。

1.將裝置平放於桌面上。

2.手握直尺一端,以不同的頻率搖晃。觀察氣球棒晃動的情形。

 

 

原理思考

改變擺動頻率,為何有些氣球棒晃動的幅度特別大?將汽球棒視為複擺,質量為m,其擺動週期為:

 

將汽球棒視為複擺,質量為,其擺動週期為:

T複

其中,為擺支點至質心的距離,

為複擺的轉動慣量,為複擺質心到支點的距離。

手上施以微小振動,若振動頻率與某個特定長度的氣球棒(複擺)頻率相同,則產生共振(resonance)現象,使得該特定長度的氣球棒晃動的幅度越來越大。此強迫振盪(forced oscillation)的能量由手提供。

 

討論

1.試試看將頂端的吸盤取下,看其振盪的模式與加上吸盤有何不同?

2.此結構較接近單擺還是複擺?為什麼?

3.假設頻率會使長度的棒子共振,除此之外是否還有其他頻率可使吸管振動?為什麼?

4.假如要使三根棒子的振盪頻率比為1:2:3,則棒的長度大約多少?

 

實驗材料

1.材料可在坊間文具店購得。

2.組裝所需的材料容易取得,可以變化使用。

3.可同本網站中的實驗D11.念力擺、實驗D16.單擺與複擺做比較。

 

參考資料

University Physics, John Wiley & Sons, Inc, 1995, pp. 311-312. Harris Benson

"大學物理學(第一冊)", 十二版, 東華, 民72, 臺北, §6-5 李怡嚴

“單擺與複擺”, 2009物理教學及示範研討會論文集, 台灣, 台北東吳大學,August 20, 2008,頁189-190. 黃朝暉、朱慶琪

PSYCHOACOUSTIC VIBRATION TRANSDUCER(University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility). 

 

製作

張宇靖、朱慶琪

 

指導老師

朱慶琪

 

撰稿

杜宗勳、朱慶琪