摘錄自:振動知多少?
什麼是自然頻率?


每一個結構系統都有它的自然頻率,而且是固定不變的,但這個頻率會因為結構形狀、尺寸、材料性質,甚至結構邊界狀態而有所差異。鐘擺就是利用左右擺動的周期來計時,透過鐘擺長度及鐘擺頭質量的適當設計,可以使得鐘擺的周期恰好是 1 秒。

可以做一個簡單的物理實驗,以一根細線吊著一個已知質量的物體,讓物體自由地左右擺盪,記錄一次振動的時間,並且試著調整細線的長度,觀察其振動周期的變化。應該可以發現,細線的長度愈長,它的振動周期愈長。因為頻率是振動周期的倒數,所以細線愈長它的自然頻率就愈低。事實上,線單擺的自然頻率與線長度的平方根成反比。

同樣的線單擺實驗,可以在相同的細線長度下做不同位移振幅的擺動,並記錄其振動周期,如果振幅不太大,可以發現振動周期不會隨著位移振幅不同而有差異。細線長度固定,則其線單擺的自然頻率與振動周期也就維持不變。

為什麼鞦韆會愈盪愈高?


每個人都有盪鞦韆的經驗,鞦韆要盪得高,就要順勢在每一個下降的瞬間使力盪。小朋友在還沒有掌握到要領前,常會因為時間點掌握不好而盪不高。其實盪鞦韆要盪得高,就是利用共振的原理。當結構受外力作用時,若外力的「施力頻率」,或稱「激振頻率」,與結構的自然頻率相等或相近,就會使它的結構有「振 動大」的現象,稱為「共振」。

鞦韆本身就像一個單擺系統,也有它的自然頻率,鞦韆要盪得高,使力的時間點要掌握得剛好,當施力頻率與擺盪頻率相等或相近時,就會使鞦韆盪得高。 也可以說盪鞦韆時的「施力周期」與鞦韆的擺盪周期相等或相近時,就會使鞦韆盪得高。對盪鞦韆而言,這個共振現象是好的,因為要盪得高。但是對一般的機器而言,共振現象的發生大都是造成機器或結構破壞的主要原因,因此通常都要儘量避免。

如果~你認為清楚了盪鞦韆的原理,不妨來試試下面這個小遊戲!


進入遊戲畫面等到遊戲載入後,
會出現一個訊息視窗(回転ブランコ),
按底下最右邊的按扭(スタート)就能直接開始了。
在鞦韆擺盪最適合的時機點,
按下遊戲畫面右下角的按扭(このボタンを押してね),
代表在那個時機點該出力,
如果正確的話鞦韆會愈盪愈高唷~

技巧→鞦韆在最低點的時候要出力←選取看答案

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