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1、四、簡諧振動習(xí)題41符合什么規(guī)律的運(yùn)動才是諧振動分別分析下列運(yùn)動是不是諧振動:(1)拍皮球時球的運(yùn)動;(2)如題41圖所示,一小球在一個半徑很大的光滑凹球面內(nèi)滾動(設(shè)小球所經(jīng)過的弧線很短)題41圖解:要使一個系統(tǒng)作諧振動,必須同時滿足以下三個條件:一,描述系統(tǒng)的各種參量,如質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、擺長……等等在運(yùn)動中保持為常量;二,系統(tǒng)是在自己的穩(wěn)定平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動;三,在運(yùn)動中系統(tǒng)只受到內(nèi)部的線性回復(fù)力的作用或者說,若一個系統(tǒng)的運(yùn)動微分
2、方程能用0dd222?????t描述時,其所作的運(yùn)動就是諧振動(1)拍皮球時球的運(yùn)動不是諧振動第一,球的運(yùn)動軌道中并不存在一個穩(wěn)定的平衡位置;第二,球在運(yùn)動中所受的三個力:重力,地面給予的彈力,擊球者給予的拍擊力,都不是線性回復(fù)力(2)小球在題41圖所示的情況中所作的小弧度的運(yùn)動,是諧振動顯然,小球在運(yùn)動過程中,各種參量均為常量;該系統(tǒng)(指小球凹槽、地球系統(tǒng))的穩(wěn)定平衡位置即凹槽最低點(diǎn),即系統(tǒng)勢能最小值位置點(diǎn);而小球在運(yùn)動中的回復(fù)力為,
3、如題41圖(b)O?sinmg?所示題中所述,<<,故→0,所以回復(fù)力為.式中負(fù)號,表示回S?RRS????mg?復(fù)力的方向始終與角位移的方向相反即小球在點(diǎn)附近的往復(fù)運(yùn)動中所受回復(fù)力為線性O(shè)的若以小球?yàn)閷ο?,則小球在以為圓心的豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動,由牛頓第二定律,O?在凹槽切線方向上有??mgtmR??22dd令,則有Rg?2?0dd222????t42勁度系數(shù)為和的兩根彈簧,與質(zhì)量為的小球按題42圖所示的兩種方式連1k2km接,試證明
4、它們的振動均為諧振動,并分別求出它們的振動周期題43圖解:分別以物體和滑輪為對象,其受力如題43圖(b)所示,以重物在斜面上靜平衡時位m置為坐標(biāo)原點(diǎn),沿斜面向下為軸正向,則當(dāng)重物偏離原點(diǎn)的坐標(biāo)為時,有xx①221ddsintxmTmg???②?IRTRT??21③?Rtx?22dd)(02xxkT??式中,為靜平衡時彈簧之伸長量,聯(lián)立以上三式,有kmgxsin0??kxRtxRImR???22dd)(令I(lǐng)mRkR??222?則有0dd2
5、22??xtx?故知該系統(tǒng)是作簡諧振動,其振動周期為)2(22222KRImkRImRT?????????44質(zhì)量為的小球與輕彈簧組成的系統(tǒng),按的規(guī)kg10103??)SI()328cos(1.0????x律作諧振動,求:(1)振動的周期、振幅和初位相及速度與加速度的最大值;(2)最大的回復(fù)力、振動能量、平均動能和平均勢能,在哪些位置上動能與勢能相等(3)與兩個時刻的位相差;s52?ts11?t解:(1)設(shè)諧振動的標(biāo)準(zhǔn)方程為,則知:)c
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