钟摆波装置——可以看的单摆卡农

  • DIYer: 格物致知社物理小组
  • 制作时间:1天
  • 制作难度: ★★★☆☆
  • GEEK指数: ★★★☆☆

12个钢球组成的钟摆波装置,就像夜空中的星辰一样绚丽夺目,充满和谐的律动之美;利用动量与单摆的周期性弹奏出一曲物理学的钢琴曲。

这个小制作是我们格物致知社物理小组做的。当初是在网上看到摆浪,觉得很神奇,于是决定仿制一个。

1   钟摆波(Pendulum Waves)简介

众所周知,单摆具有周期性,那么将多个摆长不同,但有规律的单摆组合在一起会是什么情况呢?这就是摆浪,多个摆的周期性附和在一起,重复而又有变化,组成各种美丽的图案。

12个球摆长分别为:(从低到高,单位cm)

31.0
32.6
34.2
35.9
37.6
39.3
41.1
42.9
44.7
46.6
48.5
50.5

摆的运动过程:

先做蛇形运动,一开始只有一个波峰,之后波峰逐渐增多,两个,三个,四个,随后逐渐相邻的球发生分离,(这时已经很难分清究竟有几个波峰了)但对于所有的球依然具有对称性,协调性。整个系统的运动依然有规律,然后渐渐的分为三组,又慢慢的变成两组,然后运动过程反演,即又由两组变为三组,相邻的球逐渐恢复蛇形运动,最后在平衡位置复原,完成一个周期的运动。

2   基本原理及公式

T=2π(l/g)½
T=t0+i*△t
Li=g/(4π²)(t0 + i*△t)²
t0 =1.09s  △t=0.028s

3   工具材料

  • 剪刀
  • 热熔胶
  • 钳子
  • 电烙铁

/gkimage/2q/bt/dw/2qbtdw.png/gkimage/0e/22/yq/0e22yq.png

  • 衣架
  • 六角螺母若干
  • 32mm钢球12个
  • 一盒彩色回形针
  • 一盒鱼线

4   制作过程

/gkimage/r1/6c/3g/r16c3g.png

用热熔胶将13个六角螺母粘到不锈钢横梁上。

将12个六角螺母用热熔胶粘到钢球上。

/gkimage/xd/t1/2u/xdt12u.png/gkimage/xz/ix/ip/xzixip.png

绑线,做大致估计。

5   制作微调装置

/gkimage/56/ea/7c/56ea7c.png/gkimage/c7/id/re/c7idre.png

利用万能的回形针制作的小机械,虽然形状诡异,但效果奇佳。

之前在网上看到的那个视频中的装置是没有微调装置的,但是我们经过做实验发现,有一个微调装置对于更快,更好的完成这个制作是至关重要的。因为绑线的时候由于视觉上以及操作上原因是很容易造成误差的,而且这个装置对于误差的容忍并不是很高。

我们做的微调装置像显微镜一样,是有粗调节和细调节的,利用小零件各部分上的环绕周长不同可以实现不同精度的调节。

6   调节

先进行粗调节,调节到目测误差不大的时候,进行摆动实验,如果与预期效果相差较多,则根据快慢进行调节,如果快了,就将弦线伸长;如果慢了,就将它缩短。

7   胜利的果实

这就是我们最终的成果了,尽管在一些位置上有着不太明显的脱节,但各个阶段依然层次分明,富有对称性,周期性,还是能体现物理之美的。

果壳DIY站微博: http://t.sina.com.cn/guokrdiy

发表评论