这是一个单摆实验。在理想的单摆模型中,摆球的重量(质量)并不会影响它的摆动周期。
为什么重量不影响周期?
一个更重的摆球,确实会受到更大的地球引力。但是,根据牛顿第二定律(F=ma),这个更重的摆球也拥有更大的惯性(也就是更难被加速或减速)。这两个效应——更大的拉力和更大的惯性——正好相互抵消了。最终的结果是,无论摆球是木制的还是铁制的,只要摆长和重力加速度不变,它们的摆动周期是完全一样的。单摆的周期只与摆长和重力加速度有关。
再说这里的重力系数:我们选择的 0.4 是一个“魔法数字”。它与我们设置的摆长(例如 200 像素)和屏幕的刷新率相配合,可以产生一个视觉上看起来舒服、自然、易于观察的摆动效果。如果设置为9.8,相对于200-300相互的摆长来说那就太大了,只会让速度变得飞快。
空气阻力:简单来说,这个数字不是真实的空气阻力系数,而是一个为了让模拟看起来更逼真的衰减因子。真实的空气阻力(风阻)的大小不仅和物体本身有关,还和它运动的速度有很大关系(通常是和速度的平方成正比)。它的计算公式非常复杂,会涉及到流体力学。