振り子の周期・単振動の計算
振り子の長さを入れると、1往復にかかる周期と振動数を計算します。おもりの質量とばね定数を入れれば、ばね振り子の周期も計算できます。
くわしい条件を変える(なくても計算できます)
計算方法
単振り子の周期 T = 2π × √(長さ ÷ 重力加速度)
例:長さ1mの振り子は、周期が2π×√(1÷9.80665)≒2.006秒です。振り子の周期は、おもりの重さには関係せず、長さだけで決まります。
ばね振り子の周期 T = 2π × √(おもりの質量 ÷ ばね定数)
どちらも、振動数は振動数 = 1 ÷ 周期で求まります。振り子は振れる角度が小さいとき、ばね振り子は摩擦がないときに成り立つ式です。
式の意味を説明します。振り子が1往復する時間は、長さの平方根に比例します。長さを4倍にすると周期は2倍になります。おもりを重くしても、重さが増えるぶん引っぱる力も増えるので、周期は変わりません。ばね振り子では、質量が大きいほど動きが鈍くなって周期が長くなり、ばねが強いほど短くなります。
例:長さ0.25mの単振り子なら、周期は1.0032秒、振動数は0.9968Hzです。長さ1mなら周期は2.0064秒になります。
気をつけること。この式は、振れる角度が小さいとき(目安10度くらいまで)に成り立つ近似です。角度が大きくなると周期は少し長くなります。空気の抵抗やひもの重さは考えていません。重力加速度は場所によってわずかに違います。
よくある質問
振り子の周期は何によって決まる?
振り子の長さと、その場所の重力加速度だけで決まります。おもりの重さや振れ幅(小さいとき)には関係しません。
振り子の長さが4倍になると、周期はどうなる?
周期は長さの平方根に比例するので、長さが4倍になると周期は2倍になります。
ばね振り子の周期は何によって決まる?
おもりの質量とばね定数で決まります。おもりが重いほど、ばねが柔らかい(ばね定数が小さい)ほど、周期は長くなります。
月の上で振り子を振ると?
月は重力加速度が地球より小さいので、同じ長さの振り子でも周期は長くなります。重力加速度の欄を月の値に変えて計算できます。
振り子の長さが0のときは?
周期は0秒になります(実際には振り子として成り立ちません)。