工具用的順手嗎?
你的回饋能幫助我們做得更好
根據擺長和重力加速度計算單擺週期與頻率,支援反向求解擺長或重力加速度。
選擇需要計算的物理量,其餘兩個量作為已知條件輸入。
計算公式(小角度近似)
T = 2π × √(L / g)
L = (T / 2π)² × g
g = 4π² × L / T²
公式適用於擺角較小(通常 < 15°)的理想單擺,忽略空氣阻力與懸線質量。
概覽
了解工具能解決的問題、計算或處理邏輯,以及資料邊界。
單擺週期 T 是擺錘完成一次往返所需的時間。這個計算器以理想單擺的小角度近似,根據擺長 L 與重力加速度 g 求週期,也可反過來由已知的週期及另一項參數求擺長或重力加速度。它是公式計算結果,不是實驗測量值。
擺長應理解為懸掛支點到擺錘質心的距離,不只是繩線露出的長度。週期以秒(s)、擺長以公尺(m)、重力加速度以公尺每平方秒(m/s²)輸入;計算器不轉換單位。
T = 2π√(L/g)
L = g(T/2π)²
g = 4π²L/T²
頻率 f = 1/T;角頻率 ω = 2π/T
式中 T 是週期、L 是擺長、g 是重力加速度。頻率 f 表示每秒完成的週期數,單位為 Hz;角頻率 ω 的單位為 rad/s。小角度時常用公式把擺錘視為集中於質心的理想物體,並忽略空氣阻力等影響。
重力欄提供地球標準值、赤道、兩極,以及月球、火星、木星和金星等預設值,也能自行輸入數字。預設值是計算參數,不代表特定實驗地點的實測重力。選定求解目標後,結果會列出所求數值,並同時顯示擺長、重力加速度、週期、頻率與角頻率,方便檢查各量是否一致。
例如採用 L = 1 m、g = 9.80665 m/s²,公式給出 T 約 2.0064 s、f 約 0.4984 Hz。此結果由理想模型計算;呈現數字的小數位不代表實驗精度。
指南
依步驟完成操作,並透過範例核對輸入與結果。
選求週期時輸入 L 與 g;求擺長時輸入 T 與 g;求重力加速度時輸入 L 與 T。畫面會依模式顯示需要的兩個已知量。
擺長填公尺、週期填秒、重力加速度填 m/s²,並使用大於零的數值。若手邊長度是公分,先除以 100 換成公尺;若時間是毫秒,先除以 1000 換成秒。
查看醒目顯示的求解值,再核對下方其他欄位。可複製主要結果;若換了模式或要重新開始,可重設輸入。
情境
查看這項工具在不同工作與生活流程中的用法。
物理課已知擺長與採用的 g 時,求週期及頻率,檢查代入公式後的量級,或比較不同擺長下的變化。
實驗或模型需要指定週期時,輸入目標 T 和重力值求理想擺長,作為後續裝置設計的初始參考。
已有擺長與測得週期時,可反算模型中的 g,再與課程採用的參考值比較;實驗結論仍須考慮量測誤差。
問答
集中解答常見疑問與容易混淆的問題。
不需要。小角度理想單擺公式不含質量,因此本計算器沒有質量欄位;實際器材的形狀與質量分布仍可能使它偏離理想模型。
長度欄的單位是公尺且不會自動換算。50 公分應先換成 0.5 m;週期若以毫秒記錄,也要先換成秒再輸入。
不可以。這裡使用小角度近似,沒有依擺幅修正週期。擺幅較大時應採用包含振幅效應的模型或分析實測資料。
不是。它是把輸入的擺長與週期代入理想公式所得的估算值;擺長定義、計時誤差、擺線和阻尼等都會影響實驗結果。
須知
使用前了解適用範圍、結果限制與必要提醒。
計算假設擺錘作小角度往返、懸線質量可忽略且阻尼不影響結果。大角度擺動的週期會與小角度近似有差異;本工具沒有輸入擺幅,也沒有提供有限振幅修正。若用於實驗報告,請記錄量測方法並以重複測量評估誤差,不要把顯示位數視為儀器精度。
公尺、秒與 m/s² 必須彼此一致;錯把公分當公尺或毫秒當秒會造成顯著偏差。各星球預設值只方便試算,若要代表特定地點,請使用實驗採用且來源明確的當地重力值。由兩項輸入反推出的第三項,只表示這組數值在公式中的對應關係,不能取代實際測量。
推薦
查找相關工具、專題與可用的 API 能力。