钟摆定律和等时性原理

据说在1852年,“观测天文学之父”、“现代物理学之父”伽利略还是学生的时候,有一次在意大利比萨斜塔做礼拜,注意到天花板上挂着的吊顶在前后台摆动。吊顶之所以摆动,是因为司事刚点着了灯的蜡烛,有些晃动。伽利略很好奇,用脉搏记录吊灯摆动时长。发现虽然每一次摆动的幅度在线小,可是完整来回摆动时相同。后来,大约从1602年开始,伽利略便开始认真研究钟摆规律,最后证明钟摆的周期并不取决于钟摆线上悬挂物的多少,而只取决于钟摆线长度的平方根。

世界上有哪些机械摆钟(走近钟摆的数学世界)(1)

此外,伟大的伽利略同志,还发现了钟摆的另一个原理:等时性原理。即当角度<=5度时,不论钟摆摆动幅度大些还是小些,完成一次摆动的时间是相同的。

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除了钟摆理论,伽利略·伽利雷研究了速度和加速度、重力和自由落体、相对论、惯性、弹丸运动原理,并从事应用科学和技术的研究,发明了温度计和各种军事罗盘,并使用用于天体科学观测的望远镜。我们看看这位“现代科学之父”长什么样子?

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伽利略在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献。追求科学真理的精神和成果,为后世景仰。

回过头来说摆钟

1656年荷兰数学家、天文学家、物理学家和钟表学家克里斯蒂安·惠更斯第一次发明了摆钟,并于1657年获得专利。这项技术将时钟的时间损失从每天约15分钟减少到约15秒。

摆钟是利用摆锤的周期性振动(摆动)过程来计量时间,时间=摆的振动周期×振动次数。

钟摆的摆动是靠重力势能和动能相互转化来摆动的,如果你把钟摆拉高,由于重力影响它会往下摆,而到达最低位置后它具有一个速度,不可能直接停在那(就好像刹车不能立刻停住),由于惯性它会继续冲过最低位置,而摆至最高位置就往回摆是因为重力使它减速直到0,而此时钟摆扔有向下的加速度。如此往复,就不停地摆动了。

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摆钟的发明人惠更斯,是一位多产的发明家。1629年出生在荷兰海牙的一个富裕家庭。父亲康斯坦丁(Constantijn)是亲王弗雷德里克·亨利(Prince Frederic Henry)的秘书。惠更斯家族有一个坚实的教育和文化传统。父亲提供的资助让他可以完全投入到对自然的研究中。

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后来的钟表制造商、收藏家将摆钟发扬光大。让我们看看大英博物馆收藏的历史感浓厚的精美绝伦的摆钟。

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虽然我们现在家里几乎不大用摆钟了,摆钟也可以是一种有趣的收藏品。在收藏界,旧摆钟的价格在几百到上千美元不等。具有特殊意义的私藏品价格更加昂贵。有哪些知名的摆钟制造商呢?小编也进行了整理。

Hermle:Hermle是一家位于德国的摆钟制造商,成立于1922年。他们生产各种类型的摆钟,包括机械摆钟、石英摆钟和数字摆钟。Hermle以其高质量的机芯和独特的设计而闻名。

Kieninger:Kieninger是一家位于德国的摆钟制造商,成立于1912年。他们生产各种类型的摆钟,包括大型落地摆钟和精致的壁挂式摆钟。Kieninger以其制作精良和创新设计而著称。

Seth Thomas:Seth Thomas是一家位于美国康涅狄格州的摆钟制造商,成立于1813年。他们生产各种类型的摆钟,包括机械摆钟和石英摆钟。Seth Thomas以其优雅的设计和卓越的工艺而著名。

Ridgeway:Ridgeway是一家位于美国弗吉尼亚州的摆钟制造商,成立于1960年。Ridgeway以其传统的设计和精湛的工艺而著名。

另一项关于钟摆的发明是显示地球自转的傅科摆

发明人就是法国物理学家让·贝尔纳·里容·傅科。

单摆摆动的方向会因为地球本身的周日转动而改变。这是因为单摆的摆动平面,像陀螺仪一样,当地球转动时仍会在空间中保持固定的方向。

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在北极的傅科摆,当在它下面的地球旋转时,摆仍在原来的同一平面上摆动。

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正所谓“没有数学,你无能为力。你周围的一切都是数学。你周围的一切都是数字。”

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