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交替盪鞦韆
| 二個鞦韆很有禮貌的交換擺盪，為什麼呢？ |
| ※器材：棉線、鉛錘（或以大螺帽、石頭等重物代替） |
| ※操作步驟與現象： |
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1.取一棉線約一公尺長，二端固定在椅子或固定物上（如圖一的紅色線段）。 2.另取二條棉線各約五十公分，分別綁上鉛錘後，再綁在步驟1的棉線上（距離要平均）。（如圖一） 3.將其中一個擺錘提起來，自由落下開始擺動。仔細觀察，另一個原本靜止的擺錘會有何變化？後續又是如何變化呢？ 結果：靜止的擺錘會開始擺動起來，而且一開始擺動的擺錘會停下來。接著；擺動中的擺錘會慢下來甚至停止擺動，換另一個擺錘開使擺動。如此交替擺動、靜止、擺動、靜止…，很有禮貌的交換擺盪。 |
| ※原理： |
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由於綁著二個單擺的最上方橫向棉線不是固定的，可以隨著單擺的擺動而擺動，二者的擺動會互相影響，牽涉「共振（sympathetic vibration）」現象，亦即振動頻率相同時，一個單擺的擺動（或振動體的振動）會逐漸傳遞給另一個。本科學玩具由於過程頗為複雜，原理簡易說明如圖一。 圖一中上方的黑色虛線為靜止平衡時原來上方棉線的位置（以下簡稱黑虛線）；將紅色單擺提起來，紅色單擺會偏離黑虛線較多（圖一甲）；當紅色單擺自由落下開始擺動，可以帶動藍色單擺（圖一乙）；在紅色單擺擺盪到右邊最高點時，此時紅色單擺偏離黑虛線減少（因為部分能量傳遞給藍色單擺）。此過程將會繼續擺動到如圖一丙；此時藍色單擺將偏離黑虛線較多（擺動幅度增加），而紅色單擺偏離黑虛線較少（擺動幅度減少）。亦即紅色單擺會趨近於靜止，藍色單擺則擺動增加（如圖一丁）。當藍色單擺繼續擺動，則反過來影響紅色單擺，如此反覆進行，形成交互盪鞦韆的現象了。 進一步確認最上方橫向棉線不是固定，可以隨著單擺而擺動，而造成共振現象，可以進行以下實驗：將二個單擺相反方向提高，再同時自由落下擺動，結果如何？或者二個單擺相同方向提高，結果又是如何？仔細觀察，可以發現過程中不會發生交互盪鞦韆的現象！聰明的讀者可以自行實驗，並思考為什麼呢？ |
| ※叮嚀的話： |
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1.儘量以形狀規則、簡單的物品當為擺錘的重物，避免用咖啡杯、剪刀等形狀較複雜的物品，以免伴隨轉動或左右搖晃的現象，而影響交替擺動的規律性。另一方面，擺錘不要使用太輕的物品，重一點的擺錘交互擺盪的現象會比較明顯，也保持比較久。 2.一開始提起其中一個單擺時，不要用力拉，輕輕提起再放下即可。並注意讓二個單擺之間的線（擺長）互相平行，如果沒有平行，擺盪過程很可能會撞到。 3.為了增加趣味性，可以在擺動過程，故弄玄虛，唸唸有詞，讓二個單擺好像是受到控制才擺動、靜止、擺動、靜止…的交替運動。 4.在教學上可以指導學生探討各種變因對於單擺交互擺動的影響，例如：改變棉線的長短、二個單擺之間的距離、不同的擺錘重量等等。 |
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