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在桌面比萨斜塔实验与绳链中的反楞次定律里13楼回复时好像把时间算错了,没开方。
在@刘全慧:“长链”同学,请公平竞赛!里16楼做了回复后,本来想画个图的,不过在一句话解释链子比小球下落得快里已经画了,我就做点简单的计算吧。
首先,小球肯定是自由落体,落了1.668m,取g=9.8,可以算出t=0.58s。
假设16张照片是等时差拍摄,那么每张相差0.039s。
不过测量时估计不会取0.58、0.039这种不好测也不好算的数字,有可能取t=0.6s,每张照片相差0.04s。
链子放手一瞬间顶端链结除了受到重力,还有下方巨大的拉力,因此一瞬间有很大的加速度,能在这一瞬产生一定的速度。这个速度要多大才能引起0.6s后0.23m的差距呢?算出来为0.38m/s,算成0.4m/s也可以。
问题1:那个巨大的加速度会有多大?
链子长1.898m,估计每节链结0.02m是有的,那么放手一瞬间,最上方链结所受拉力为自己重力的95倍左右,加速度为95g(实际上可能更小)。
问题2:那个巨大的加速度作用的时间会有多久?
假设力的传播速度为声速的3倍约1000m/s好了(实际上可能更快吧),距离为0.02m,大概需要0.00002s。
初速为0,知道加速度和时间,可以算出末速度为0.019m/s,远小于0.4m/s。
从计算结果来看开始的巨大加速度导致铁链顶端有初速度不是铁链比小球更快下落的主要原因。估计那篇论文的作者早就算过了也不一定。
0.4m/s会不会是手抖造成的呢?松铁链时不小心往下送了一下,给了铁链顶端一个初速度?这个实验肯定不止做了一次,如果手抖能产生这么大的影响,应该不仅仅只影响铁链,小球也会受影响。如果多次实验没有出现小球先落地的情况,手抖导致铁链有初速度的可能性就可以排除。
另外,我还做了几张图,没什么有意义的发现,把我的失败经验分享给大家吧:
1.铁链并不是垂直释放的,第一张照片中铁链与垂直方向有0.5度的夹角。不过整个过程铁链应该会摇摆,就算一开始严格垂直了,过个零点几秒估计也还是会偏了。图1是左上角有红圈的那块地方放大后的情况,红线为垂线,蓝线为链条位置。
2.轨迹拟合失败。图2中蓝色线为 $-0.4*t-0.5*9.8 t^2$ ,红色线为 $-0.5*9.8*t^2$ ,黄色线为 $-0.5*11.2*t^2$ (假设铁链顶端做匀加速直线运动算出来的加速度就是11.2,大于9.8)
我这种拟合其实无非也就是把函数图变透明然后往原图上凑啦。虽然蓝线不应该是铁链顶端的方程,但貌似符合得很好,反倒是小球似乎不是做自由落体运动一般。
蓝线往上拖一下,居然和小球的位置也凑上了。
链条顶端估计不是匀加速直线运动,怎么凑都凑不上。不过自由落体的小球都凑不上,这些图估计也没什么价值。
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