一种记录球面摆运动轨迹方法
大家好！
今天，我给大家介绍一个简单的小制作——如何记录球面摆的运动轨迹？这就是我们拍摄的一张轨迹照片，是不是很漂亮。不用羡慕，看完这个视频后，你就能自己拍摄了。
首先，我们要了解一下什么是球面摆？
其实它和单摆的装置是一样的，只是单摆必须在一个竖直平面内摆动，且摆角小于5°，而球面摆则没有这些限制。因此，摆球将在一个球面内运动，故称球面摆。
实验开始时，给摆球一个切向的初速度，摆球就会旋转起来。切向初速度不同，轨迹会有明显的变化。但是，轨迹的变化用眼睛不好直接观察，那有什么方法可以记录摆球的运动轨迹呢？
我们能够想到的最简单的方法就是图像识别，用摄像机和软件来拍摄并识别摆球的位置，逐帧处理视频照片。但是，这种方法只能获得一些离散的数据点，而且摆球运动速度很快时，数据点间隔很大，获得的轨迹曲线不光滑。
下面，给大家详细介绍我们的拍摄方法，这需要用到相机的B门摄影，也就是手动控制快门使相机长时间曝光，常用来拍摄瀑布，夜景和闪电。我们的主要创新点是用乒乓球制作一个发光摆球。摆球的制作过程主要是把乒乓球打开一个孔，将LED和电池安装进去，再填充沙子使摆球密度均匀，最后再将乒乓球粘好即可。
实验时，需要在一个暗室内，将发光摆球悬挂在较高的位置，比如天花板上。然后在摆球正下方放置一个数码相机，相机设置为B门并用快门线控制曝光，并聚焦到摆球上。
实验开始时，关闭照明灯，使整个房间内只有摆球发光，将摆球移动到一定的角度，放手时给摆球一个切向初速度，等摆球稳定运动后，开始B门摄影，直到摆球振幅较小，接近停止摆动时停止曝光，一般拍摄3至5分钟即可。
实际拍摄轨迹时房间内越暗越好。这几张照片是不同初速度下的摆球轨迹。
摆球的受力分析和数值模拟可以参见我们在欧洲物理杂志上发表的文献，谢谢观看。
