難懂的交流電路一次搞懂!用動畫解開三角函數合成的祕密(Scratch)

逐工攏是實驗室!我是科學教練桑子研。

咱逐工生活攏離不開電。其實,咱咧用的「交流電」世界,講穿矣就攏是波形累加起來的。不管是手提電話抑是厝內的電器,底面攏有一種叫RLC回路的複雜迷宮,欲解開這个迷宮的鎖匙,就藏佇數學的三角函數合成公式入面。若是干單看課本頂懸的公式,定定會感覺霧颯颯。這回,我特別製作矣動畫,欲予逐家直接用目睭看,感受數學佮物理結合做伙的神奇魔力!

佇電的世界真威的「三角函數合成公式」

咧學交流電理論的RLC回路(就是將電阻、電感、電容器做伙連起來的回路)時,無論是串聯抑是並聯,攏一定會拄著「三角函數合成」。若是毋知這个公式哪會按呢來,抑是毋知伊代表的圖形意義,定定會想講:「哪會突然間算這个?」結果就愈學愈虛。

咱先來看這个基礎公式。我特別用物理課定用的方式,將角度寫做 ωt(Omega T)。

三角函數合成公式

公式入面藏的「踅圈圈」真相

這个公式到底咧講啥?咱用圖形來看就知影。共伊拿來佮一般的正弦波(sinωt)比看覓,你就知影趣味佇佗位。

 的圖形意義

看這張圖就會明瞭,合成出來的波,其實就是一根半徑 r 的向量佇遐「踅圈圈」所射出來的影。就親像是一个對起始點(初期相位)α 開始踅的正弦波。課本頂懸的死圖真歹想像這種「振動」,所以我共做成動畫!你看一下公式按怎變做波的形狀,保證一目瞭然。

入來遮試看覓:

https://scratch.mit.edu/projects/303808808/

另外,嘛會使看影片的詳細解說。

閣深一浸!公式背後的數學故事

按怎會算出來彼个合成公式咧?其實背後攏是逐家國中就學過的勾股定理(三平方定理)佮餘弦定理咧鬥相共。

<參考>三角形合成公式的推導

看頂懸的圖:

所以:

遮若用餘弦定理:

就會變做:

按呢看落去,原本看起夾真複雜的物理現象,只要共拆開,攏是按照媠媠的數學規則咧行。希望透過按呢的介紹,予你感覺交流電的世界嘛是真親切、真趣味。

關於正弦(sin)佮餘弦(cos)的關係,嘛歡迎參考這篇文章喔!

https://phys-edu.net/wp/?p=33077

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