在物理學(xué)中，單擺是一種理想化的模型，指的是用一根不可伸長(zhǎng)且沒(méi)有質(zhì)量的細(xì)線(xiàn)，懸掛著一個(gè)質(zhì)點(diǎn)所組成的裝置。單擺擺動(dòng)的過(guò)程中具有極強(qiáng)的對(duì)稱(chēng)性和周期性。

單擺的周期與什么有關(guān)

單擺的周期和擺線(xiàn)的長(zhǎng)度有關(guān)，擺線(xiàn)越長(zhǎng)，周期越長(zhǎng)；反之，擺線(xiàn)越短，周期越短。

什么叫做單擺？

單擺（Simple Pendulum）是能夠產(chǎn)生往復(fù)擺動(dòng)的一種裝置，將無(wú)重細(xì)桿或不可伸長(zhǎng)的細(xì)柔繩一端懸于重力場(chǎng)內(nèi)一定點(diǎn)，另一端固結(jié)一個(gè)重小球，就構(gòu)成單擺。若小球只限于鉛直平面內(nèi)擺動(dòng)，則為平面單擺，若小球擺動(dòng)不限于鉛直平面，則為球面單擺。

（1）單擺的振動(dòng)可看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是：最大擺角α＜5°。

（2）單擺的回復(fù)力是重力沿圓弧切線(xiàn)方向并且指向平衡位置的分力。在振幅很小的條件下，單擺的振動(dòng)周期跟振幅無(wú)關(guān)。單擺的振動(dòng)周期跟擺球的質(zhì)量無(wú)關(guān)，只與擺長(zhǎng)L和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭有關(guān)。

（3）擺長(zhǎng)L是指懸點(diǎn)到擺球重心間的距離，在某些變形單擺中，擺長(zhǎng)L應(yīng)理解為等效擺長(zhǎng)，重力加速度應(yīng)理解為等效重力加速度（一般情況下，等效重力加速度g'等于擺球靜止在平衡位置時(shí)擺線(xiàn)的張力與擺球質(zhì)量的比值）。

單擺的擺動(dòng)：

單擺在小角度擺動(dòng)時(shí)近似做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)的位移、速度、加速度等物理量隨時(shí)間周期性變化。

單擺的能量：

單擺的能量包括動(dòng)能和重力勢(shì)能，在擺動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，但總能量保持不變。

單擺運(yùn)動(dòng)中需要注意以下三點(diǎn)：

一是小球的回復(fù)力是由重力的分力再充當(dāng)。

二是單擺的擺長(zhǎng)短，周期不一定小。周期公式已經(jīng)告訴我們，單擺振動(dòng)的周期不但與擺長(zhǎng)有關(guān)，而且還與單擺所在處重力加速度有關(guān)。那么當(dāng)把擺長(zhǎng)較短的單擺放在加速下降的升降機(jī)中時(shí)，由于單擺處于失重狀態(tài)，故單擺振動(dòng)的周期也可以比放在地面上懸點(diǎn)加速度為零的擺長(zhǎng)較長(zhǎng)的單擺振動(dòng)周期大，當(dāng)單擺處于完全失重狀態(tài)時(shí)，單擺振動(dòng)周期為無(wú)窮大，單擺處于停振狀態(tài)。

三是單擺擺球處在平衡位置時(shí)擺線(xiàn)不一定在豎直方向。單擺擺球的平衡位置處在懸點(diǎn)正下方的條件是擺球懸點(diǎn)的加速度為零或有加速度但加速度在豎直方向，否則擺球的平衡位置就不在擺球懸點(diǎn)的正下方。例如，單擺懸掛在水平方向加速運(yùn)動(dòng)的小車(chē)中，擺球處在平衡位置時(shí)，懸線(xiàn)就不在豎直方向，且小車(chē)的加速度越大，擺球在平衡位置時(shí)懸線(xiàn)與豎直方向的夾角也越大。

單擺的應(yīng)用：

1、擺鐘：?jiǎn)螖[被廣泛用于制作鐘表中的擺鐘，由于單擺的振動(dòng)周期只與擺長(zhǎng)和重力加速度有關(guān)，可以通過(guò)調(diào)整單擺的擺長(zhǎng)使得擺鐘的時(shí)間精度更高。

2、力學(xué)：受力學(xué)領(lǐng)域的影響，單擺在力學(xué)分析中也可以得到廣泛應(yīng)用，比如說(shuō)可以通過(guò)單擺被反復(fù)記錄的延長(zhǎng)曲線(xiàn)，直接畫(huà)出單擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

3、測(cè)量重力加速度：利用單擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以通過(guò)測(cè)量擺長(zhǎng)、振動(dòng)周期等數(shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算地球表面的重力加速度，從而獲得更為精確的物理定量數(shù)據(jù)。

單擺實(shí)驗(yàn)的模型條件：

（1）擺線(xiàn)的形變量與擺線(xiàn)長(zhǎng)度相比小得多，擺線(xiàn)的質(zhì)量與擺球質(zhì)量相比小得多，這時(shí)可把擺線(xiàn)看成是不可伸長(zhǎng)，且沒(méi)有質(zhì)量的細(xì)線(xiàn)。

（2）擺球的大小與擺線(xiàn)長(zhǎng)度相比小得多，這時(shí)可把擺球看成是沒(méi)有大小只有質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)。

（3）忽略空氣對(duì)它的阻力。某一物理量是否可以略去不計(jì)，是相對(duì)而言的。為了滿(mǎn)足上述條件及盡量減小空氣阻力對(duì)它的影響，我們組成單擺的擺球應(yīng)選擇質(zhì)量大而體積小的球，擺線(xiàn)應(yīng)盡量選擇細(xì)而輕目彈性小的線(xiàn)。