不可思议的多球摆(实验报告).doc

不可思议的多球摆-摆浪（Pendulum Waves）12个钢球组成的摆浪，就像星空中的12星座一些绚丽夺目，充满和谐，对称之美；利用动量与单摆的周期性弹奏出一曲物理学的钢琴曲星空。视频放在这儿缘起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，当然不是照抄啦。小组成员：理论大神耿晨华（华仔）神一般的存在，任何物理难题，数学难题在他面前有如薄纸一张，吹弹可破。本小组所有实验的理论解释权都归他所有。能工巧匠叶华成（也是华仔）青春可爱，阳光帅气的大男孩，容貌胜过刘德华，身材堪比郭富城，最重要的是他有一颗慧心和一双巧手，无论看似多么复杂的机械机构，在他面前有人孩童堆起的乐高积木，所以无论是拆卸，组装还是DIY，只有你想不到，没有他做不到！另外本小组的各种部件的专利权归他所有。美丽与智慧的化身苏莉娅美丽，阳光的大妹子，尽管理论不及耿大神，动手不及华巨匠，但有着一颗孜孜不倦的求知的心，另外在我们的实验过程当中起到了推波助澜，活跃气氛，调节男女比例的作用。另外，本小组的所有代言权归她所有。人民的公仆：杨文斌作为一个公仆，我的责任就是为本小组提供坚实的后勤保障，比如给他们端个茶，送个水啊，购买实验器材啊，给学长买个萌，以求资金，求场地神马的。鉴于本人才疏学浅，理论知识极其薄弱，同时有生得一双笨手脚，所以无法对本小组提供任何的实际支持，对此我深表惭愧，但小组成员对我不离不弃，令我感激涕零，遂立志做好人民的公仆。大家不需要记住我，只需要记住本小组花了钱的东西都归我所有。摆浪简介众所周知的是单摆具有周期性，那么将多个摆长不同，但有规律的单摆组合在一起会是神马情况呢？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）31.032.6 34.2 35.9 37.639.341.142.944.746.648.550.5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。基本原理及公式T=2（l/g） T=t0+i*tLi=g/（4）（t0 + i*t）t0 =1.09s t=0.028s工具材料工具：剪刀，热熔胶，钳子，电烙铁。材料：衣架，六角螺母若干，32mm钢球12个，一盒彩色回形针，一盒鱼线制作过程1. 用热熔胶将13个六角螺母粘到不锈钢横梁上（图）2. 将12个六角螺母用热熔胶粘到钢球上（图）3. 制作微调装置（图）4. 绑线，做大致估计（图）5. 调节与校准微调装置（亮点也是重点）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。欢迎各位童鞋提出更好的建议。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。调节与校准先进行粗调节，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。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。下一步的打算：设想与困难在接下来的实验中，我们主要有两套设想：一 在原有钢球的底下再连一个球，做成一套一摆双球的多球摆，使之更加富于变化。存在的困难：首先是理论方面的，两个球的摆的周期可以通过计算得到，但由于解不是线性的（或者近似线性的），如何使整个装置在时间（周期）和空间（摆长）上协调统一实在是一个不太好解决的理论问题。其次实际操作中的困难：增加一个球后单个摆的不稳定性会降低，这样会对周期重复造成不小的影响，另外也增加了球与球相撞的可能。还有球的数量增多后，运动的规律性是否易于观察也是个不小的问题。二 使装置发声（最好是奏出乐音）现在有这样几种方法：1. 利用摩擦：在实验的过程中我们发现有时候弦线会与微调装置发生刮擦，发出声音。所以，我们想能否利用这一现象，将鱼线换成弦乐器的弦，再做一点小的改动使之发声存在的困难：首先摩擦会损耗能量，这会影响摆的整体运动。其次，这样所发出的声音微乎其微，效果也不是很明显。2. 使摆线振动发声也是利用弦线或空气振动会发声的原理。存在的困难：同样的依然有能量的损失，而且会比第一种方法更明显。我们也想能否用外加驱动力的方法来补充能量，但目前仅停留在理论阶段。3. 在原来的钢球下加装风铃这个方法简单，可操作性也更强，但是却无法体现物理学的美丽与神奇，另外会有投机取巧的嫌疑，我们所追求的也并非仅仅是使它发声这个