誰說單擺只能用來玩催眠的

知識 12-06

說到單擺，立馬想到「催眠大師」手上拿著的懷錶的~

那你，一定是電影看多了~~

所以，單擺能用來幹嘛呢？首先，我們生活中最最常見的用途，當然就是利用其等時性，做擺鐘啦~

那麼簡單講解一下，擺鐘的工作原理，不僅僅依靠了我們剛剛學習過的單擺的等時性，還巧妙的運用到了棘輪和擒縱器所構成的擒縱結構，最後由棘輪帶動其他齒輪轉動，從而帶動指針轉動。（下圖就是擒縱結構的示意圖）

先來說說運用到的第一個原理，也就是擺的等時性，我們知道單擺的周期公式為

也就是說，單擺一次全振動的周期只和擺長以及當地的重力加速度有關。

因此，利用等時性，讓擺控制擒縱叉，從而控制了棘輪可以在相等的時間內轉過相同的角度，當然，這也是為什麼我們可以一直聽到滴答滴答聲音的原因。

然而，由於阻力的存在，對於一個單擺來說，終究會有停下的時候。然而，鐘擺卻可以始終不停止的擺動著，其原因也在於擒縱裝置。（看下面模擬的動圖）

我們可以看到，棘輪上有一個小螺帽，在下降，它的作用是什麼？很明顯，為了提供動力。（當然，提供動力的裝置有很多種，可以是發條，可以是電動等等）

現在，重點講解下擒縱裝置。

棘輪實際上是在動力的帶動下轉動的，上方的齒輪推開擒縱叉上方的棘爪，使棘輪轉過一個角度，同時單擺進行半次全振動，使擒縱叉下方的棘爪轉過來擋住了棘輪的去路。

再接下來，由於重力作用，單擺往回進行剩下的半次全振動，使擒縱叉上方的棘爪再一次擋住棘輪的轉動。

之後，棘輪又一次在動力的帶動下，推開上方的棘爪……此處省略無數字。

1657年，荷蘭物理學家和天文學家C.惠更斯利用擺的等時性原理和巧妙的設計，一個擺鐘就誕生了。後經不斷改進，沿用至今。這裡紀念一下。

其次，單擺就可以用來測量某地的重力加速度。原理，當然也是根據單擺的周期公式，測出擺長及周期後，計算後可得重力加速度~

裝置如圖：

（這個實驗，同學們都有親手操作過，也不多做介紹了）

最後，（進入我們今天的正題）

單擺驗證了一個大事實：「地球在自轉」

當然啦，我知道，肯定有茫茫多的人認為：我們是飛到了地球外面，看到了地球在自轉才證實了地球在自轉的~（哎~）

好了，故事大概是這樣的：1851年，法國物理學家傅科，在法國巴黎先賢祠最高的圓頂下方，設置了一個擺長67米，擺錘重28公斤的單擺，懸掛點也經過特殊設計使摩擦減少到最低限度。

（懸掛點的簡易示意圖）

因而基本不受地球自轉影響而自行擺動，並且擺動時間很長。擺錘的下方是巨大的沙盤。每當擺錘經過沙盤上方的時候，擺錘上的指針就會在沙盤上面留下運動的軌跡。按照日常生活的經驗，這個碩大無比的擺應該在沙盤上面畫出唯一一條軌跡。然而，實際現象卻不是如此，這個擺每經過一個周期，，在沙盤上畫出的軌跡都會偏離原來的軌跡（準確地說，在這個直徑6米的沙盤邊緣，兩個軌跡之間相差大約3毫米）。