Magnetic Pendulum（磁摆）

课题介绍

Make a light pendulum with a small magnet at the free end. An adjacent electromagnet connected to an AC power source of a much higher frequency than the natural frequency of the pendulum can lead to undamped oscillations with various amplitudes. Study and explain the phenomenon.

制作一个自由端有一个小磁体的轻摆。一个临近的通有频率远高于摆的固有频率交流电的电磁铁可以导致不同振幅的无阻尼振动。研究并解释这个现象。

参考资料

  1. Magnet powered pendulum (youtube.com, from RHEAD100, 12.05.2008), http://youtu.be/yrKtY7nWc-o
  2. Stephen Hobley. Electromagnetic pendulum (stephenhobley.com, 2011), http://www.stephenhobley.com/blog/2011/05/31/electromagnetic-pendulum-making-it-tell-the-time/
  3. The Solarbotics SunSwinger Pendulum, http://content.solarbotics.com/products/documentation/solarbotics_sunswinger_kit_jan082007.pdf
  4. Perpetual Swinging Pendulum (bowdenshobbycircuits.info), http://www.bowdenshobbycircuits.info/swinger.htm
  5. Enrique Zeleny. Chaotic Motion of Perturbed Pendulum (Wolfram Demonstrations Project April 19, 2013), http://demonstrations.wolfram.com/ChaoticMotionOfPerturbedPendulum
  6. Nasser M. Abbasi. Chaotic Motion of a Damped Driven Pendulum: Bifurcation, Poincaré Map, Power Spectrum, and Phase Portrait ( Wolfram Demonstrations Project, October 12 2011), http://demonstrations.wolfram.com/ChaoticMotionOfADampedDrivenPendulumBifurcatio nPoincareMapPo/
  7. MyPhysicsLab - Chaotic pendulum, http://www.myphysicslab.com/pendulum2.html
  8. Thomas Gasenzer. The chaotic physical pendulum (Univ. of Heidelberg), http://www.thphys.uni-heidelberg.de/~gasenzer/index.php?n1=teaching&n2=chaos
  9. Josh Bevivino. The Path from the Simple Pendulum to Chaos (2009), http://fraden.brandeis.edu/courses/phys39/chaos/Bevivino%20Student%20rept%20pendulum.pdf
  10. H. Hauptfleisch, T. Gasenzer, K. Meier, O. Nachtmann, and J. Schemmel, A computer controlled pendulum with position readout (2009), arXiv:0905.2015 [physics.pop-ph]
  11. The Damped Driven Pendulum: A Chaotic System, http://www.physics.udel.edu/~jim/PHYS460_660_13S/oscillations&chaos/The%20chaotic%20pendulum.htm
  12. John H. Hubbard, The Forced Damped Pendulum: Chaos, Complication and Control
  1. bevivino_student_rept_pendulum.pdf
  2. pendulum.pdf
  3. solarbotics_sunswinger_kit_jan082007.pdf
  4. the_roads_to_lead_chaos_in_the_pendulum_system.pdf

小组活动记录

时间地点参与者内容主要进展和结果备注
3月17日下午物理楼3楼四位同学和乐老师讨论，安排实验场地。
3月17日晚上物理楼335四位同学初步设计实验模型，讨论实验器材参数、规格
3月18日晚上物理实验室四位同学制定初步计划，确定各人分工
3月23日下午物理楼335余润雪、张雪峰测试电磁铁性质
3月23日晚上物理楼335张雪峰、顾潇搭建实验模型，完成初步试验初步观察实验现象

实验方案、装置

结果

对下一阶段工作的建议

在已看到初步实验现象的基础上，探究磁摆出现混沌的物理机制是下一阶段工作的重点。为此，建议：

  1. 去掉铝块，用绝缘材料悬挂铝块。为了消除转动、振动，或许可以尝试改用轻质杆子来悬挂（杆子会有质量、转动惯量，可能对运动带来影响）；
  2. 估算合适的磁铁（大小与强度），合适参数的电磁铁（如需要，换用新的电磁铁），需要对系统参数进行更全面的测量。这些都有利于进行数值计算、模拟等工作；
  3. 如果可能，对系统的结构设计进行改进。 — 乐永康 2015/04/12 22:41

讨论

感谢余润雪同学上传资料的链接。你是今年修读这门课的同学中参与这个网站维护的第一人。以后可以多留意一下Wiki网页编写的格式。 — 乐永康 2015/03/15 14:26
  • course/interesting_problems/2015/topic13/start.txt
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