目的
利用自行設計製作的教具,來演示平行軸定理並測量轉動慣量
實驗
實驗裝置:利用相同及不同形狀的物體,以質心為圓心挖出半徑的圓孔,再以圓周上任一點為支點置於實驗支架上轉動。
1.觀察兩個長方形的物體,分別以長、短邊為支點置於實驗支架轉動,其週期是否相同?
2.不規則形狀的物體,任取兩個點置於實驗支架轉動,其週期是否相同?
原理思考
對於同一個物體為何擺長改變但是其週期並未改變?
實驗中的物體為複擺(Physical Pendulum),其週期為 其中為轉動慣量,為複擺質量,為轉軸到質心的距離。 運用平行軸定理可知 ,若繞通過質心的轉軸 的轉動慣量為 ,而另一轉軸平行且相距,則繞轉軸的轉動慣量為: 由原理的說明可知,若以質心為圓心挖出半徑的圓孔,再以圓周上任一點為支點轉動,其轉動慣量都是一樣的,因為轉動慣量一樣的緣故,其擺動週期亦會相同。因此若測量以圓周任一點為支點作小擺動的週期均相同。另外,也可以先測得週期後,再由上述理論求出複擺的轉動慣量。
討論
實驗支架的角度是否越小越好(減少摩擦力)?
實驗支架的角度理論上是越小越好,但是過小的角度時,複擺擺動時會有動現象;其角度視支架及複擺的材料而定。
關於實驗
本實驗於2009全國物理教學及示範研討會中發表。
論文壁報內容如附件。
可同本網站中的單擺與複擺做比較。
參考資料
製作
v.1李明駿
指導老師
朱慶琪
撰稿
李明駿