從簡單的圓周運動得出美妙的簡諧運動

2020-12-05 電子通信和數學

前面我們假設模擬小球在彈簧上運動等價於均勻圓周圓周,彈珠沿著圓環運動的恆定速度等於小球在彈簧上的最大速度,

我們知道彈珠運動一周所需的時間叫做周期,我們還知道周期等於圓環的周長除以彈珠的速度,最重要的是,圓環的半徑與彈簧上小球運動的振幅相同

所以他的周長等於π乘以振幅的兩倍,這意味著周期等於π乘以振幅2倍再除以彈珠的速度

而這又與小球在彈簧上移動的最大速度相同,我們可以簡化這個方程,我們知道球的最大速度等于振幅乘以勁度係數除以質量的的平方根

因此,彈珠繞圓環運動的周期等於2π乘以m除以k的平方根

我們還想知道圓周運動的頻率,它是彈珠每秒圍繞圓環運動的圈數,即1除以周期

所以頻率也就等於1除以2π乘以k除以m的平方根

這些參數同樣適用於彈簧上的球,因為它們的規律是一樣的,最後還要考慮下角速度,在勻速圓周運動中,我們把它描述為彈珠繞圓環運動時每秒經過的弧度數

角速度等於頻率乘以2π,對於彈簧上的球來說,它等於k除以m的平方根

現在,藉助我們關於圓周運動的知識,可以理解球在彈簧上震蕩這個簡諧運動的周期,頻率和角速度,但球的位置時如何隨時間變換的?再次分析彈珠在圓環上的運動

彈珠路徑上任意給定一點,它都與圓環的水平線呈一定的角度,前面已經知道,圓環的半徑與球沿彈簧運動振幅相同,你可以看到彈珠與圓環中心的水平距離跟小球與平衡點的距離一樣

角度的餘弦等於球的位置除以振幅

我們可以把球的位置方程寫成

所以處於間歇運動的物體,其位置隨時間變化的曲線是一個波

所以根據此篇你可以解釋許多震蕩原理,例如共振。共振會以相同的頻率施力從而增加振動的振幅。

相關焦點

  • 簡諧運動
    )首先,根據定義,物體受力大小與位移成正比,且方向相反的振動就是簡諧運動。生活中,簡諧運動的例子很多,比如彈簧振子。在簡諧運動中,ω代表振動的快慢。對於這個橢圓,長軸與短軸之比為ω,ω越大,橢圓就越扁。另外,A表示簡諧運動的振幅,當ω不變時,A變化的同時,橢圓等比例縮放,即形狀不變,面積改變。
  • 如何通俗地理解「簡諧振動」就是「圓周運動」的投影?
    如圖1.18,設一小球從A點開始在豎直平面上按逆時針方向沿「單位圓」軌跡做勻速圓周運動,有一水平方向的平行光照在小球上,在豎直平面上生成了一個小球的投影,投影在上下振動。若小球做勻速圓周運動的半徑為R,角速度為w,經過某.一時間t1 小球到達位置P,連接質點的半徑在這段時間中所掃過的角度φ =wt1,可得,x1= R sinWt。從圖中可知,xn就是1時刻小球的投影所振動的位移。對任意時間t,投影振動的位移xx=Rsinwt。根據三角函數知識可知,x-t圖 象是一條正弦曲線。因此,做勻速圓周運動的物體在某一直徑方向上的投影的運動,是簡諧運動。
  • 複雜的簡諧運動,是如此的形象簡單
    更具體地說,它與間歇運動有關,那是一種遵循特定的,一致的模式的振動,我們先用物理學家們常用的模式來描述間歇運動,一個球連著一個彈簧,它們水平放在桌子上,當它靜止平放時,它處於平衡狀態,當你拉動球,使它連著的彈簧伸展,然後鬆手,球就會一直做往復運動,如果沒有摩擦的話,彈簧使它做的這個往復運動就是簡諧運動關於做簡諧運動的球
  • 【物理科普】振動和簡諧運動的物理學
    即物體的往復運動。在高中物理,可以定量研究(可以用公式法、作圖法、列表法給出確定數值)的只有四種最簡單的運動:勻變速直線運動、勻速圓周運動、拋體運動和簡諧振動。當一個物體發生振動時,物體會從平衡位置來回移動。如果一個物體靜止不動,位置不發生任何變化,這時我們說這個物體上受到的淨力為零。
  • 振動和簡諧運動的物理學,這是宇宙萬物的開始
    在高中物理,可以定量研究(可以用公式法、作圖法、列表法給出確定數值)的只有四種最簡單的運動:勻變速直線運動、勻速圓周運動、拋體運動和簡諧振動。當一個物體發生振動時,物體會從平衡位置來回移動。如果一個物體靜止不動,位置不發生任何變化,這時我們說這個物體上受到的淨力為零。
  • 高中物理:簡諧運動
    (2)機械振動:物體在平衡位置附近所做的往復運動,叫做機械振動,通常簡稱為振動。(3)振動特點:振動是一種往復運動,具有周期性和重複性。2、簡諧運動(1)彈簧振子一個輕質彈簧聯接一個質點,彈簧的另一端固定,就構成了一個彈簧振子。
  • 物理競賽競賽典型例題精講——非慣性系下圓周運動的受力分析
    02-06-2_移動單擺本期內容,我們共同探討非慣性系下的圓周運動,並對該運動的受力情況做出準確的分析,方法無非是老一套的整體法和隔離法的應用,雖然方法通用,但是在不同題目中的應用卻有千差萬別的不同,方法了解不等同於在任何情況下都會解題,這還需要在不同情況下的強化練習
  • 【高中物理】高中曲線運動知識點匯總及圓周運動中的臨界問題
    ②a恆定:性質為勻變速運動,分為:A.v、a同向,勻加速直線運動;B.v、a反向,勻減速直線運動;C.v、a成角度,勻變速曲線運動(軌跡在v、a之間,和速度v的方向相切,方向逐漸向a的方向接近,但不可能達到。)③a變化:性質為變加速運動。如簡諧運動,加速度大小、方向都隨時間變化。
  • 簡諧運動的六種圖象
    簡諧運動在時間和空間上具有運動的周期性,本文以水平方向彈簧振子的簡諧運動為情境,用圖象法描述其位移、速度、加速度及能量隨時間和空間變化的規律,從不同角度認識簡諧運動的特徵。運動情境:如圖1,彈簧振子在光滑的水平面B、C之間做簡諧運動,振動周期為T,振幅為A,彈簧的勁度係數為K。
  • 《圓周運動》教學設計
    :運動軌跡是一些圓,這種運動叫做圓周運動——引出課題。討論交流兩個點運動時間相同,但通過的弧長不相等,通過的弧長長的點運動得快。總結:圓周運動的物體通過的弧長與所用時間的比值能夠描述物體運動的快慢,我們把它稱之為線速度。定義:弧長l與通過這段弧長所用時間t的比值叫做線速度, 。(物體沿著圓周運動,並且線速度的大小處處相等,這種運動叫做勻速圓周運動)說明:(1)線速度是瞬時速度。
  • 圓周運動
    圓周運動是高中物理最常見的曲線運動,也是每次考試必考的經典類型,在以後的電場、磁場、以及天體運動和豎直平面內等等場景考的最多。
  • 高中物理 | 11.2簡諧運動的描述詳解
    振幅是指振動物體離開平衡位置的最大距離,是表徵振動強弱的物理量。(φ2-φ1)叫做相位差兩個具有相同頻率的簡諧運動的初相之差,同相:相位差為0,一般的為△φ=2nπ(n=0 1 2 3...)反相:相位差為π,一般的為φ=(2n+1)π(n=0 1 2 3...)簡諧運動的周期只由系統本身的特性決定,與振幅無關,因此T0叫系統的固有周期,f0叫固有頻率。
  • 高中物理 | 11.1簡諧運動詳解
    小球在平衡位置附近所做的往復運動,是一種機械振動,簡稱振動。這樣的系統成為彈簧振子。 ②小球的運動是平動,可以看作質點。 ③彈簧振子是一個不考慮摩擦阻力,不考慮彈簧的質量,不考慮振子(金屬小球)的大小和形狀的理想化的物理模型。
  • 平拋運動和圓周運動
    (3)曲線運動的軌跡:做曲線運動的物體,其軌跡向合外力所指一方彎曲,若已知物體的運動軌跡,可判斷出物體所受合外力的大致方向,如平拋運動的軌跡向下彎曲,圓周運動的軌跡總向圓心彎曲等. 2.運動的合成與分解 (1)合運動與分運動的關係:①等時性;②獨立性;③等效性.
  • 高一圓周運動專題之一《水平面內的圓周運動》
    1.運動實例圓錐擺、火車轉彎、飛機在水平面內做勻速圓周運動等。3.確定向心力的來源向心力是按力的作用效果命名的,可以是重力、彈力、摩擦力、庫侖力、洛倫茲力等各種力,也可以是幾個力的合力或某個力的分力,因此確定向心力成為解決圓周運動問題的關鍵所在。
  • 高中物理課本中簡諧運動的分析方法
    一、簡諧運動特徵1. 動力學特徵:,注意k不等同於彈簧的勁度係數,是由振動裝置本身決定的常數;動力學特徵也是判斷某機械運動是否為簡諧運動的依據。2. 運動學特徵:機械能守恆,注意振動物體通過平衡位置時勢能為零的說法不夠確切,應說成此位置勢能最小。
  • 高中物理(第四十二講)圓周運動
    跟順哥學物理,今天開始學圓周運動。物體沿著圓周的運動是一種常見的運動。日常生活中,電風扇工作時葉片上的點,時鐘指尖的尖端,田徑場彎道上賽跑的運動員等,都在做圓周運動。科學研究中,大到地球繞太陽的運動,小到電子繞原子核的運動,也常用圓周運動 的規律來討論。圓周運動的快慢可以用物體通過的弧長與所用的時間的比值來量度。
  • 經典運動力學:圓周運動
    一、定義質點沿圓周運動,如果在任意相等的時間裡通過的圓弧長度相等,這種運動就叫作勻速圓周運動。>所謂線速度,就是做勻速圓周運動的物體的即時速度。作勻速圓周運動的物體,在圓周上各點的線速度方向是圓周上各點的切線方向。作勻速圓周運動的物體在圓周軌跡上各點的線速度大小都相等,若物體沿半徑為r的圓周作勻速圓周運動,運動一周的時間為T(稱為周期),則線速度的大小為:v=2πr/T。雖然作勻速圓周運動的物體線速度的大小不變,但線速度的方向時刻在改變。所以勻速圓周運動是變速運動。
  • 《圓周運動》說課稿
    本節主要介紹了圓周運動的線速度和角速度的概念及兩者的關係;學生前面已經學習了曲線運動,拋體運動以及平拋運動的規律,為本節課的學習做了很好的鋪墊;而本節課作為對特殊曲線運動的進一步深入學習,也為以後繼續學習向心力、向心加速度和生活中的圓周運動物理打下很好的基礎,在教材中有著承上啟下的作用;因此,學好本節課具有重要的意義。
  • 生活中的圓周運動
    生活中圓周運動很常見,如火車拐彎、汽車過凹凸橋、月球繞地球轉、豎直面內水桶繞圈等等,本節將學習圓周運動在生活中的具體運用。