http://baike.baidu.com/view/60680.htm#1回复力 回复力的定义:振子受迫使它回复平衡位置的力,是合外力平行于速度方向上的分力。
如果用F表示物体受到的回复力,用x表示小球对于平衡位置的位移,根据
胡克定律,F和x成
正比,它们之间的关系可用下式来表示:
F
=
-
kx
式中的k是回复力与位移成正比的比例系数,不能与弹簧的
劲度系数混淆;负号的意思是:回复力的方向总跟物体位移的方向相反。
周期与频率 一般
简谐运动周期:T=2π√(m/k).
其中m为振子质量,k为振动系统的回复力系数。
对于
单摆运动,其周期T=2π√(L/g)
(π为圆周率
√为根号
)
由此可推出g=(4π^2×L)/(T^2)
据此可利用实验求某地的
重力加速度。
T与
振幅(a<10度)和摆球质量无关。
当偏角a<10度时
sina≈a=弧(轨迹)/L(半径)≈x/L;F回=-mg/Lx
根据
牛顿第二定律,F=ma,运动物体的加速度总跟物体所受的合力的大小成正比,并且跟合力的方向相同。
振幅、周期和频率
简谐运动的频率(或周期)跟振幅没有关系。
物体的振动频率本身的性质决定,所以又叫固有频率。
编辑本段简谐运动方程
一个做
匀速圆周运动的物体在一条直径上的投影所做的运动即为简谐运动:R是匀速圆周运动的半径,也是简谐运动的振幅;ω是匀速圆周运动的
角速度,也叫做简谐运动的
圆频率,ω=√(k/m);φ是t=0时匀速圆周运动的物体偏离该直径的角度(逆时针为正方向),叫做简谐运动的初相位。在t时刻,简谐运动的位移x=Rcos(ωt+φ),简谐运动的速度v=-ωRsin(ωt+φ),简谐运动的加速度a=-(ω^2)Rcos(ωt+φ),这三个式子叫做简谐运动的方程。
这个运动是假设在没有
能量损失引至阻力的情况而发生。
做简谐运动的物体的加速度跟物体偏离平衡位置的位移大小成正比,方向与位移的方向相反,总指向平衡位置.
编辑本段微分方程解法
方程:(d
x)*(d
x)/(d
t*t)+kx/m=0
通解:x(t)=c1*cos(kt)+c2*sin(kt)
特解:x(t)=x0*cos(kt)+v0/k*sin(kt)
令:x0=Asin(sita)
结论:Asin(kt+sita)
振幅为A,初相为sita,周期为T=2pi/k,
角频率为k。
其中k为系统的固有频率。
编辑本段阻尼振动
在阻力作用下的简谐运动。
简谐运动振动过程中受到阻力的振动,振幅逐渐减小,直至振动停止。
振动方程:x=Ae^(-nt)sin(wt+θ).
编辑本段受迫振动
在外界驱动力作用下的简谐振动,频率只与驱动力频率有关。
驱动力频率越接近固有频率,振幅越大。
驱动力频率与固有频率相等时,振幅随时间正比增大,发生共振。
受迫振动与共振:
(1)受迫振动:振动系统在周期性策动力作用下的振动。稳定时,系统的振动频率等于策动力的频率,跟系统的固有频率无关。
(2)共振:当策动力的频率等于系统的固有频率是振幅最大称为共振。