[專題]用Arduino智能設計重現經典物理實驗

其中，T是單擺的周期，L是擺繩長度，g是所受的重力加速度，約等於9.8m/s2。但伽利略那個時代可不知道這些，我們需要設計一個實驗，探究「單擺周期與擺繩長度的關係」。

在實驗開始之前，我們需要明確自變量是什麼、因變量是什麼，才能知道如何探索它們之間的關係。在這個研究中，自變量是擺繩長度，因變量是單擺周期。此外，我們需要控制一些不必要的因素，如擺的質量、擺角等。

最開始時，伽利略用脈搏的跳動判斷了吊燈的擺動周期，但這個方法只是粗略的時間估算，很容易產生人為誤差。因為在不同情緒下人的脈搏跳動的節奏不同，計時的開始和結束都會產生誤差等。而Arduino智能設計就能很好地避免這些問題：非接觸式傳感器能夠很好地啟動和結束計時，而且不影響單擺運作，Arduino毫秒級的計時遠遠比人的時間感知更為準確。所以，我們用非接觸式傳感器測量單擺的周期更加合適。

非接觸式傳感器類型有很多，哪一種傳感器最適合單擺周期的測量呢？不同的學生有不同的答案，我們可以鼓勵學生討論並嘗試用不同的傳感器製作模型，探究不同的傳感器的優勢和劣勢分別在哪裡。

例如，我們可以選擇用LED燈和紅外傳感器製成紅外阻隔裝置，作為實驗的測量器。未受到阻隔時，LED燈的光線被紅外傳感器感測到；當擺錘經過傳感器和LED燈之間時，光線受到阻隔，這時候就可以啟動或停止計時器，開始一次實驗的計時。

將Arduino元件和實驗裝置安裝完畢，測量在不同擺線長度下擺動周期變化的規律，每一次實驗都要重複進行，以減小誤差。經過多次測量，我們獲取了不同擺長下的周期數據，就可以進行接下來的數據處理，尋找自變量與因變量的關係。我們也可以將Arduino與電腦相連接，進行數據的直接處理。