透過 MCP 連接 →

輸入計算

數學公式

廣告

結果

單擺週期
2.0061
每次擺動秒數
擺長 1 m
週期 2.0061 s
頻率 0.4985 Hz
採用的重力加速度 9.81 m/s²

這個計算器的功能

擺鐘是靠一根加重擺桿穩定來回擺動來計時的。這個工具可以根據擺長算出單擺的週期(也就是完成一次完整來回擺動所需的時間),也能反過來推算出達成指定週期所需的擺長——例如「秒擺」所採用的每擺一次一秒的節奏。重力加速度可自由調整,因此你能模擬地球上任何地點,甚至其他星球的情況。

公式解析

在擺動角度很小的情況下,單擺週期為 $$T = 2\pi \sqrt{\dfrac{L}{g}}$$ 其中 \(L\) 是以公尺為單位的擺長,\(g\) 是重力加速度(地球上約為 9.81 m/s²)。值得注意的是,週期只取決於擺長與重力——與擺錘的質量或擺動幅度無關(限小角度)。將公式變換後,即可求出目標週期所需的擺長:$$L = g \cdot \left(\dfrac{T}{2\pi}\right)^{2}$$ 頻率則是週期的倒數,\(f = 1/T\),單位為赫茲(Hz)。

顯示支點、長度 L、擺角 theta 和垂直參考線的單擺
單擺:長度 L 從支點測量到擺錘中心。

使用方式

先選擇要計算週期還是擺長,接著輸入已知數值(擺長以公尺為單位,或目標週期以秒為單位),確認重力加速度後,即可讀取結果。結果表格還會一併顯示頻率,讓你清楚知道每秒會擺動幾次。

計算範例

地球上一個 1 公尺長的單擺:$$T = 2\pi \sqrt{\dfrac{1}{9.81}} = 2\pi \times 0.3193 = 2.0064 \text{ 秒}$$ 若想打造一個週期為 2 秒的時鐘,則需要 $$L = 9.81 \times \left(\dfrac{2}{2\pi}\right)^{2} = 9.81 \times 0.10132 = 0.9939 \text{ 公尺}$$——接近一公尺,這也正是經典落地式老爺鐘擺長大約為此的原因。

位移-時間正弦曲線,其中一次完整振動標記為週期 T
週期 T 是完成一次來回擺動所需的時間。

常見問題

擺錘的重量會改變週期嗎?不會。對理想單擺而言,週期與質量無關。

為什麼我的實際時鐘會有些微誤差?這個公式假設擺動角度很小、擺桿沒有質量。當擺幅較大、有空氣阻力,或擺桿本身具有質量時,都會帶來些許修正。

什麼是「秒擺」?指週期為 2 秒的單擺(每單向擺動一次恰好一秒),在地球上約需 0.994 公尺的擺長。

最後更新: