复摆周期与等效摆长实验台

固定轴挪了一点,周期未必按你直觉的方向变化

模型约定:默认做小角振动;忽略空气阻力与轴摩擦,固定轴水平且无滑动。

实验参数

质量分布
0.505.00 千克
0.40 米1.80 米
0(质心处)0.60 米
固定轴限制在刚体内部。

把固定轴钉在这里

振幅 8°;箭头显示重力与回复力矩方向

复摆小角振动示意 刚体绕固定水平轴摆动,图中标出质心、轴到质心距离、重力和回复力矩。 静止位置 h 质心 C 固定轴 O mg 回复力矩 θ = 8.0°
回复力矩 τ = −mgh sinθ,与偏角方向相反;小角度下 sinθ ≈ θ。
h 进入了两个地方

回复力矩含 mgh,但 JO 也通过 mh² 改变。只盯着其中一个,容易猜错周期。

质量会约掉

同一几何形状与轴位下,m 同时出现在 JO 和 mgh 中,所以周期与总质量无关。

小角才是简谐近似

这里用 sinθ ≈ θ 得到周期公式;大振幅时真实周期会比该近似值略长。

预测挑战:把转轴移到新位置

保持质量和杆长不变,把 h 从 0.30 米移到 0.50 米。周期会怎样?先判断,再验证。

靠近质心靠近边缘