物理誕生的魔法藝術——沉浸於「擺錘波」的迷人之美

我是科學訓練師 桑子研。每天都是一場實驗。

你知道什麼是「鐘擺波」嗎?

你看過由物理定律編織出來的「藝術」嗎?如果你覺得數學或理科既死板又無聊,那麼這個影片可能會徹底顛覆你的觀念。請先什麼都不要想,直接欣賞這個令人著迷的影片。

感覺如何呢?自從我看了這個影片之後,這股不可思議、充滿數學之美的律動就讓我再也無法忘懷。(它實在太美了,甚至出現在我的夢中)這就是被稱為「鐘擺波」(Pendulum Wave)的現象。

奧秘在於「線的長度」

看起來像是一種複雜的機械裝置,但構造其實非常簡單。只是將懸吊重物的「擺線長度」從前排到後排,一組一組地稍微改變而已。事實上,單擺擺動一個來回所需的時間(我們稱之為「週期」)不是由重物的重量決定,而是由線的長度決定的,這是一條物理定律。這個定律被稱為「單擺等時性」,是伽利略發現的著名法則。

也就是說,這個裝置正在發生以下現象:

線較短的前排鐘擺:擺動頻繁、速度較快

線較長的的後排鐘擺:擺動悠閒、速度較慢

從混亂回歸秩序的故事

這些鐘擺同時啟動後,因為擺動的速度略有不同,即使一開始整齊劃一,也會漸漸變得雜亂無章(混沌)。但數學的魔力就在這裡!原本看起來零散的動作,會在某個瞬間開始像一條有生命力的蛇一樣蜿蜒擺動,畫出雙螺旋,最後又會迎來「喀擦」一聲、重新排成一列的時刻。影片既沒有特效,也沒有聲音,卻讓人忍不住看得入迷,對吧?

看得見的數學之美

這不僅僅是一個物理現象,更可以說是數字所創造的「自然界的舞蹈」。下次你看這個影片時,不妨多加一點科學的視角,心裡想著:「啊,現在週期重疊了!」你一定能體會到與第一次看時截然不同的感動。

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