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简谐运动是最基本也最简单的机械振动。当某物体进行简谐运动时,物体所受的力跟位移成正比,并且总是指向平衡位置。它是一种由自身系统性质决定的周期性运动。(如单摆运动和弹簧振子运动)实际上简谐振动就是正弦振动。
物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,方向总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐运动。
周期与频率/简谐运动 编辑
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。
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。
受迫振动与共振
受迫振动:振动系统在周期性驱动力作用下的振动。稳定时,系统的振动频率等于驱动力的频率,跟系统的固有频率无关。驱动力频率越接近固有频率,振幅越大。
共振:当驱动力的频率等于系统的固有频率时的振动称为共振。物体的振幅增大,能量增加。若能量的增量等于所受阻力而消耗的能量时达到最大振幅,而不会一直增大。
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