等时摆 · 摆线摆(Cycloidal Pendulum)

悬绳绕在摆线(cycloid)"天棚"上,有效摆长随摆角改变,但周期精确恒定、与摆角无关(辶时性 tautochrone)。图中两个摆锤从不同高度释放,周期相同、同时回底、同步往复。
0.70 m
75%
9.8 m/s²
等时摆周期 T =(与摆角无关,恒定)
对照·普通单摆(同长、大角) ≈
大摆当前弧长 =
物理:摆线摆的弧长 s(从最低点量)满足 s̈ + (g/4R)·s = 0(简谐),周期 T = 2π√(4R/g) 与振幅无关。—— 倒置摆线(天棚/颊)的渐伸线正是另一条摆线,悬绳缠颊后摆锤沿摆线滑动,有效摆长随摆角自动补偿大角非线性,实现"等时"。普通单摆大角周期会随 θ₀ 变长(≈T₀(1+θ₀²/16+…)),故对照偏大。