單擺運動在小角度時運動接近簡諧運動,2. 表15.2 列出聲音經過教室所需大概時間約 0.01秒
則週期隨著擺動角度的影響很小 通常小於實驗或觀察誤差而可以忽略
因此古老鐘擺的計時並不會因為擺幅逐漸減小而有所變化
只是所謂的小角度 到底應該要多小呢?
經常聽到學生說 由於進行單擺實驗時 沒有讓擺角小於5度
不滿足簡諧運動的要求 因此造成實驗結果的誤差
真的是如此嗎?如果還記得原理的推導 單擺擺錘所受重力加上有一擺角而形成力矩
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此力矩將使得單擺 角速度改變,
其中I 為單擺的轉動慣量![]()
結合以上兩力矩的式子![]()
於是得到![]()
上式不容易直接解出,然而由泰勒展開式![]()
當 擺角時
則![]()
於是我們得到 簡諧運動的結果
我們來看以上的近似 所導致的誤差,
當擺角小時 泰勒展開式越高次項的數值越小
於是考慮丟掉下一項所造成最大百分誤差![]()
讓我們算一下當擺角 5度時,所造成百分誤差![]()
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因此若擺角小於5度時 近似所造成百分誤差小於 千分之二。
擺角等於 10度時近似所造成百分誤差小於千分之八。
即使擺角等於 20度時 近似所造成百分誤差也小於百分之三。
因此若單擺實驗結果的誤差 大於百分之五,
請不要說是因為擺角等於 15度 所造成的。
必然是另有更重要的誤差來源。
一般學生的實驗很難要求精密度接近千分之二,
因此進行單擺時 角度比五度大 並不是罪大惡極之事。
不曉得為何很多書籍都『迷信』五度。有那個必要嗎?
聲音的速度 331+0.6T 公尺/秒(T為攝氏溫度)約為343公尺/秒3. 第25頁 高空跳傘:
則教室大小約 3.34公尺???
當跳傘者從飛機上往下跳,再降落傘張開之前,
跳傘者的運動是加速度運動,
當降落傘張開之後,由於空氣阻力的影響,
降落的速度會越來越慢,
這時候的運動是減速度運動。
詳細情形:
當跳傘者從飛機上往下跳時 剛由於受到重力作用而向下加速
然而由於空氣阻力的影響 (空氣阻力約與速度的平方成正比)
因此加速度逐漸減少 直到空氣阻力與加速度相等時 成等速度運動當撐開降落傘時 由於落體等效截面積增大而增加向上阻力
瞬間下落速度會減緩 同樣的空氣阻力也會漸減
直到空氣阻力再度等於重力 於是又再度以等速度下落4. 下圖是實驗16-1 力的合成(34頁)步驟5:
取甲 乙兩根彈簧秤鉤住小鋼圈的右邊,另取一根丙彈簧秤鉤住小鋼圈的左邊
調整三根彈簧秤的讀數,使小鋼圈靜止在白紙上的圓圈內.![]()
當甲彈簧秤 F甲為 40公克重, 乙彈簧秤 F乙為 30公克重,
讀取丙彈簧秤的讀數發現問題了嗎?
如果學生填丙彈簧秤為70公克重 則一定沒有做實驗或真實的記錄.
當系統處於靜力平衡時 乙彈簧秤也處於靜力平衡
乙彈簧秤所受向右外力為30公克重.
則乙彈簧秤所受向左的外力也應為30公克重.
此外力由甲彈簧秤所提供. 如果甲彈簧秤讀數為40公克重.
則如何達成靜力平衡呢? (如果真的有進行實驗,就知道問題了)
所以以上的情形是不可能會出現的 不是嗎?
當達成靜力平衡時 三個彈簧秤的讀數應該都相同.
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作者:國立台灣師範大學物理系黃福坤
最後修訂時間: 10/13/98 15:05:28