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⚡ Pendulum Period Amplitude Correction 計算機

專業免費的 Pendulum Period Amplitude Correction 計算機。純前端本機毫秒級計算、零資料上傳、極致隱私保護。提供詳細公式推導、實例示範與常見問答。

即時推算結果 (Computed Output)
2.006409 秒(與擺幅無關)
專業公認計算模型,即時運算完畢
📜 計算歷史記錄 (試算軌跡)
尚無歷史記錄,每次點擊「計算」將在此留下試算軌跡...

這個計算器能做什麼

我們熟悉的單擺週期公式 T_0 = 2π√(l/g) 其實只是一個近似值,僅在擺幅極小時才成立。當釋放角度變大時,真實的單擺擺得更慢。本工具利用完整第一類橢圓積分計算出精確週期,並在一系列擺幅角度下,將它與小角度近似值以及兩者的比值並列成表,一目了然。

使用方法

輸入擺線長度 l(單位:公尺)與重力加速度 g(單位:m/s²,預設值 9.80665 為標準重力)。接著選擇擺幅角度的間距為 5° 或 10°。計算結果會先以醒目方式顯示固定不變的小角度週期 T_0,接著從間距值開始、一直列到接近 180° 之前,每一個擺幅 \alpha 都對應一列資料,呈現精確週期 T 以及比值 T/T_0。

公式說明

精確週期為

T = 4√(((l) ÷ (g)))· K(k)
其中 k = \sin(\alpha/2) 為橢圓模數,而
K(k) = \int_{0}^{π/2} ((d\phi) ÷ (√(1-k^2\sin^2\phi))).
我們以快速且精確的算術幾何平均法(AGM)來計算 K:令 a_0=1、b_0=\cos(\alpha/2),反覆迭代 a_{n+1}=(a_n+b_n)/2 與 b_{n+1}=√(a_n b_n),直到兩者收斂,最後得 K = π/(2a_\infty)。比值可化簡為 (2/π)K(\sin(\alpha/2)),在擺幅為零時等於 1,並在 \alpha 趨近 180° 時發散至無窮大。

實例演算

取 l = 1 m、g = 9.80665 m/s^2:√(l/g) = 0.319330 s,因此 T_0 = 2.006419 s。當 \alpha = 30° 時,k = \sin 15° = 0.258819,K = 1.598142,得 T = 2.041253 s,比值為 1.017362 — 比小角度估算值約長 1.74%,恰好符合教科書中 1 + \alpha^2/16 的修正項。

使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)

📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位

輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。

🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障

所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。

📊 3. 符合公認學術與產業計算模型

演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。

📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出

支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。

🔄 5. 多情景敏感度動態對比

建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。

🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明

本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。

常見問題 (FAQ)

為什麼週期會隨擺幅增加?
回復力矩正比於 \(\sin\theta\) 而非 \(\theta\);擺幅較大時 \(\sin\theta < \theta\),使得有效回復力變弱,因此每一個週期所需的時間更長。
為什麼表格在 180° 之前就停止?
當擺幅剛好達到 180° 時,單擺正好從不穩定的倒立點出發,此時 \(k = 1\),\(K\) 發散至無窮大,週期也因此無上限。所以表格只列到接近 180° 之前。
AGM 真的精確嗎?
它以二次收斂速度逼近機器精度,通常不到十次迭代即可完成,因此表中數值在顯示精度範圍內都是精確的 — 遠勝於只取冪級數前幾項的近似做法。