如何证明单摆是简谐运动?定义:质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比并且总是指向平衡位置但是单摆偏角最大时向心力为

如何证明单摆是简谐运动?
定义:质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小成正比并且总是指向平衡位置
但是单摆偏角最大时向心力为0,重力沿细线方向的分力与细线拉力的合力为零,那么摆球所受合力垂直于绳,不可能指向平衡位置吧?
艾韩_uu 1年前 已收到1个回答 举报

ali065 幼苗

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如果一个运动微分方程可以为 x''+ω^2*=0 的形式,其中x''为位移(或角位移)的二阶导数,即加速度(或角加速度);x为位移(或角位移);
ω为常数.则该运动被称为简谐振动(运动).

mg与绳拉力T的合力F是小球m对于平衡位置的回复力,有
运动微分方程:
am=-mgsinθ ("-"号是因为F的方向与θ角增大的方向相反)
a=εL=θ''L
则 θ''+gsinθ/L=0 (1)

上式中的sinθ,只有当θ很小(微幅振动)时,sinθ=θ.
此时将(1)式改写为:
θ''+(g/L)θ=0
设 ω^2=g/L
则 θ''+ω^2θ=0 (2) ---> 符合简谐振动微分方程x''+ω^2*=0 的形式
--->只有当θ很小(微幅振动)时是简谐振动.

θ不是很小时,可以叫单摆运动,但不是简谐运动.
“摆偏角最大时”是指 θ=90°吧,此时,绳拉力T=0,向心力为0,是个临界点,小球m切向加速度大小由(1)式计算 a=g(也可以直接判断),可以向平衡位置运动.

1年前 追问

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艾韩_uu 举报

嗯我说的摆偏角最大是指单摆速度为零的时候,那么摆球所受合力垂直于绳,不可能指向平衡位置吧? 顺便说下 微分方程不大看得懂,我只是一个高中生~

举报 ali065

单摆速度为零的时候,即为图中的A点,此时球由重力加速度,可以向下运动,稍一向下运动就过了受合力垂直于绳(绳拉力T=0)的临界点--->指向平衡位置了,但不是简谐振动。 微分方程就是按牛顿定律列出的方程式 :切向力 F=am=-mgsinθ ----这个式子高中书上有吧, 要求θ<5°可以推出 F=-kx 式子 即单摆振动的回复力跟位移成正比,而方向相反,是做简谐振动。 抱歉,纠正一下:上边的图中的φ角应改为θ
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