2019-02-21
原本不同频率且不同步的节拍器为何放到板子上面，经过一段时间后，就变成同频同步？視頻中所演示的现象，其实就是一种「同步化」的现象，而且跟「声能」有关。
节拍器个别放在板子时，可以视为独立的系统，每个节拍器并不影响其他节拍器，因此它们各动各的，并无法达成同步。但当所有的节拍器被放在板子上面时，能量可以借由板子传递到别的节拍器上，此时节拍器互相影响，最终形成同步。如果仔细地观察两个节拍器之间的状况，一开始两个节拍器并不同步，会有一个节拍器 A 的小球先摆到最左边，而另一个节拍器 B 的小球先摆到最右边。节拍器 A 摆锤往左产生逆时针的力矩时，板子为了力矩平衡，同时产生一个顺时针的力矩，此力矩则产生向左的反作用力 ，而影响到节拍器 B 摆锤的摆动；这时节拍器 B 摆锤本身的摆动，也同样使板子产生另一个反作用力 ，从而影响到节拍器 A 摆锤的摆动，就这样两个节拍器摆锤来回摆动，并透过板子产生能量传递，直到两个节拍器摆锤达到同样的摆幅为止，这就是我们看的节拍器「同步」现象。
那么，节拍器之间传递的是什么能量呢？研究者使用了不同的悬挂材料，试验了许多次，最终发现只有当材料具有非常好的声音传导能力时，两个摆锤的频率才会越来越接近，而摆锤摆动的频率越来越接近，「共振 (resonance) 」才会出现 (注)。这个研究也为 Christiaan Huygens 摆钟之谜找到了一个可能的解释：走动着的摆锤的声能在连接着它们之间的材料间穿梭，并进行能量交换，使得摆锤间会因此微调，导致它们最终出现了摆幅相同的共振现象。
不过，支撑材料及节拍器都会影响到同步的时间。举例来说，选择摩擦力较大的板子会吸收来自摆锤的大部分能量，会使同步时间更长些。
注：
共振是物体受到外界激发，激发频率与物体自身频率一致时，导致物体自身达到最大振幅。钟摆实验告诉我们一个道理：只需周期性的施加一点力，就可以维持一个很大振幅的振动。前提是：施加力的频率必须符合这个系统本来的振动频率。为什么？因为这个系统存在着两种能量的周期性转化：「重力势能」和「动能」的不断转化，使这个系统一直保有一个很高的能量值。
