核心概念
物理学
重力
运动
单摆
引言
您是否知道游乐场的秋千可以提供很好的物理课程，并且充满乐趣？秋千的前后摆动是单摆的一个例子。
我们在生活的其他领域也看到了单摆，例如在落地式（也称为长箱式）时钟中。但是，单摆除了在课间休息时提供乐趣和帮助计时之外，还有其他科学应用，它们可以表明地球是巨大的！这是因为单摆的摆动是由地球大小产生的重力引起的。其他因素，包括单摆的长度，也会影响其运动。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将有助于确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
背景
单摆是从固定点悬挂的物体，在重力作用下前后摆动。以游乐场的秋千为例，秋千由连接到秋千架顶部的固定点的链条支撑。当秋千被抬起并释放时，由于重力作用，它将自由地来回移动。秋千会继续来回移动，而无需任何额外的外部帮助，直到摩擦力（空气和秋千之间以及链条和连接点之间）使其减速并最终停止。
单摆摆回其原始位置所需的时间称为单摆的周期。例如，这是推秋千上的孩子被推后返回再次被推的时间。单摆的周期取决于重力以及单摆的长度。
材料
• 两把相同的椅子
• 细绳或纱线
• 十个大小相同的金属垫圈或六枚硬币
• 强力胶带
• 米尺
• 剪刀
• 精确到 0.1 秒的秒表
• 一位助手
准备工作
• 将两把椅子背靠背放置。将它们间隔约一米。将米尺放在两把椅子的靠背上，每把椅子的靠背居中。
• 将一根绳子剪成 70 厘米长。将第二根绳子剪成 35 厘米长。将两根绳子的一端绑在米尺上，靠近米尺的中间。将绳子在米尺上间隔大约 20 到 30 厘米。
• 将五个金属垫圈绑在每根绳子的自由端。或者，如果您使用的是硬币和胶带，请将三个硬币牢固地粘贴在每根绳子的自由端。
• 提示：如果米尺似乎不能稳定地放在椅子的靠背上，您可以尝试将米尺的末端用胶带粘在椅子上。
步骤
• 拉紧绳子（通过抓住末端的垫圈或硬币）并将绳子置于与米尺相同的角度。
• 让一位助手准备好秒表。松开较长的单摆，同时让助手启动秒表。然后，当单摆返回其原始位置时，让助手停止秒表。如果单摆在摆动时撞到任何东西（例如墙壁），请调整您的设置并再次尝试计时单摆。较长的单摆摆回其原始位置需要多长时间？这是单摆的周期。
• 再次拉紧绳子，并将它们保持在与米尺相同的角度。
• 让助手重置秒表。松开较短的单摆，并再次让助手计时单摆的周期。较短的单摆摆回其原始位置需要多长时间？
• 再多计时几次较短和较长单摆的周期。每个单摆的周期是否一致，还是变化很大？
• 较长单摆的周期比较短单摆的周期长还是短？两个周期有多大差异？这是否符合您的预期？
• 额外：您可以不计时摆动的周期，而是计时每个单摆摆动到静止所需的时间。每个单摆的总摆动时间是多少？
• 额外：您可以不改变绳子的长度，而是改变系在绳子上的配重数量或绳子的初始角度。质量或初始角度是否会影响单摆的周期？它们是否会影响单摆的总时间？ 观察和结果
较长的单摆的周期是否比较短的单摆长？较长单摆的周期是否几乎不是较短单摆周期的两倍？
单摆的周期与其长度有关，但这种关系不是线性的。长度是另一个单摆两倍的单摆的周期，不仅仅是其周期的两倍。由于摩擦力以及它们的长度小于 70 厘米和 35 厘米（由于使用绳子系在连接处），因此您的较长和较短单摆的精确周期可能分别略小于 1.7 秒和 1.2 秒。
也许最著名的单摆是傅科摆，它在 1800 年代中期显示了地球的自转。最早已知的单摆用途之一是在公元 100 年左右，当时中国科学家张衡在一个称为地震仪的设备中使用它来探测远处的地震。如今，单摆有许多应用，包括测量局部重力以及帮助引导船舶和飞机。
更多探索
科罗拉多大学博尔德分校 PhET 项目的“单摆实验室”
冠军学校的“单摆展示周期性运动”
科学伙伴的“低荡：调查单摆的运动”
此活动由科学伙伴合作提供