遇到和自己相似的“货”，容易开始莫名其妙地摇摆 | 科学DIY

本文由公众号 “把科学带回家” 提供

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性格相同的人很容易成为朋友，进而一起 high 起来。而性质类似的单摆在一起，就很容易一起跳舞，不信？一起来看看！

关键概念

振动、固有周期、耦合振动、共振

材料和工具

胶带纸

吸管一根

2支笔

2枚一样的硬币，或者螺帽

棉线

回形针

剪刀

操作步骤

1. 把2支笔用胶带纸平行地黏在桌子的边缘，注意笔尖要超出桌子一点。

注意：2支笔的间距要和吸管长度一样。

2. 剪2段长度一样的棉线（大概20-30厘米就够了），然后在末端穿上回形针，里面放一枚硬币。如果是螺帽，直接把棉线穿在螺帽里面就可以了。

3. 在吸管的2端各戳2个洞，然后分别把2根棉线穿进去。

4. 把2根棉线的另一端绑在铅笔上，制成图里面那样的单摆。

5. 现在可以玩了。你可以拉一下一根单摆让它开始晃动，观察一下另一根单摆会怎样？

实验原理

单摆的左右摇摆就叫做振动，单摆完成一次振动就叫做一个振动周期，1秒内振动周期的次数就叫做频率，左右振动的幅度就叫做振幅。

你会注意到，一开始只有一个单摆在振动，但是不过多久另一个也会开始振动，振幅也越来越大，最后两个单摆会以同样的节奏一起同步振动。

这种现象就叫做耦（ǒu）合振动（Coupled oscillation），一开始是荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯在17世纪发现的。。

▲ 耦合振动的另外一种情况，两个单摆一唱一和，你摆完了我来摆。

为什么2个单摆会发生耦合振动呢？

不管你一开始把单摆拉得多远，每个单摆完成一个振动周期的时间都是固定的，这就叫做固有周期。单摆的固有周期和棉线的长度有关系。一个大约25厘米长的单摆的周期约为1秒钟。

在我们的实验里，当第一个单摆开始振动时，相连的吸管也会拉扯第二个单摆振动。

由于2个单摆的棉线长度一样，所以它们的固有周期是一样的，这就产生了共振，共振使第二个单摆的振幅越来越大，并且使2个单摆开始同步振动。

在下面这个视频里，可以看到一开始不一致的节拍器最后一起同步振动，就是因为它们有相同的固有周期，因此实现了共振造成的。

https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=p0380zi0lwz&width=500&height=375&auto=0
▲ 有相同固有周期的节拍器最后因为共振而实现同步

你还知道共振的其他应用吗？想想看，推秋千的人，以什么频率推，可以让秋千摆得更大（振幅更大）呢？

欢迎在留言区回答。

亲爱的小伙伴们，

你有没有尝试“耦合振动”？

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李铭杨

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图片及参考资料来源：freegrab, wikipedia

https://johnvagabondscience.wordpress.com/as-syllabus/