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探究為什麼-透過單擺探索時間

MAY 17 ,2020

 

<本內容版權所有,轉載請註明出處>

 

簡介

    時間是個神奇的科學量度,因為既看不到,也摸不到,但是卻可以感覺到時間一直再前進,沒有停止或倒退的時候,有時我們感覺快樂的時間總是過的特別快,而痛苦時總是過的比較慢。我們知道現在科學中以「秒、分鐘、小時」作為時間基本的單位,不過在這些還沒被定義出來時,古時候的人們要如何來測量時間呢?日出與日落、日晷、沙漏、鐘擺皆可以做為量測時間的工具,而本次活動將透過單擺量測時間,並從中探索影響單擺振盪週期的因素。

 

探索目標

透過數位化的單擺設備,觀察單擺要如何測量時間,並探索影響單擺週期的因素

 

活動所需設備與材料

 

活動流程

PART1-如何透過單擺運動量測時間

  1. 將無線旋轉運動感應器、無線力量感應器與單擺上的向心力配件進行組裝(如下圖)

  

  1. 將上述兩個無線感應器開啟,並連接至SPARKvue軟體
  2. 在軟體中建立「角度vs.時間」的座標圖
  3. 將擺錘的位置固定於擺的末端
  4. 以手動的方式,使單擺開始擺動(注意:擺動的幅度不要過大)
  5. 點擊開始測量
  6. 大約量測15s後,點擊停止測量
  7. 觀察單擺振盪過程角度變化的曲線,您覺得較接近哪個函數圖型呢?
  8. 點選曲線的函數擬合工具,從中選擇適合的函數曲線,找出振盪週期

 

PART2-哪些因素會影響單擺週期

  1. 現在移動擺錘至3/4長度的位置,並依照與上述相同的方式進行量測,找出振盪週期
  2. 依序將擺錘移至1/21/4長度的位置,並找出振盪週期
  3. 比較4次結果,振盪週期有出現什麼變化嗎?

 

問題討論

  1. 單擺的振盪過程中,角度的變化較接近哪個函數圖型?要如何透過函數擬合的工具找出振盪週期呢?
  2. 量測時間的工具需具有何者特性?為什麼單擺適合做為量測時間的工具?
  3. 根據PART2結果,擺長會影響單擺週期嗎? 1min內,擺錘在哪個位置下,需要的振盪次數最少?
  4. 還有哪些因素可能影響到單擺的振盪週期?

 

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