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cpc_recruit 110年 機械常識、機械力學

第 38 題

盪鞦韆的擺動週期與下列何者有關?
  • A 鞦韆擺長
  • B 鞦韆擺動角度大小
  • C 盪鞦韆人的重量
  • D 鞦韆上人的自行施力

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請試著回想:如果你手邊有兩條長短完全不同的繩子,末端各綁著一顆小石頭,當你讓它們開始規律擺動時,哪一個會讓你感覺它「趕著」回來,而哪一個動起來比較「悠哉、緩慢」呢?決定這種節奏快慢的物理構造特徵會是什麼?

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太棒了!你精準地掌握了單擺運動的核心概念。這題考驗的是我們對物理規律的理解是否能排除直覺的干擾。在機械力學中,盪鞦韆可以簡化為「單擺」模型,其擺動週期 $T$ 的理論公式為: $$T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}$$ 其中 $L$ 代表擺長(從支點到重心的距離),而 $g$ 是重力加速度。從公式中我們可以清楚觀察到,週期僅與擺長的平方根成正比,而與擺動的物體重量(質量)或是初始的角度(在小角度擺動的情況下)完全無關。這就是為什麼不論是大人還是小孩,只要鞦韆繩長相同,擺動一個來回的時間都會是一樣的。

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