单摆周期原理及公式推导

时间:2023-01-31 06:03:43 阅读: 最新文章 文档下载
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关于单摆的回复力

①在研究摆球沿圆弧的运动情况时,要以不考虑与摆球运动方向垂直的力,而只考虑沿摆球运动方向的力,如图所示.

②因为′垂直于,所以,我们可将重力G

解到速度的方向及垂直于的方向.1sinθmgsinθG2

Gcosθmgcosθ

③说明:正是沿运动方向的合力1mgsinθ提供了摆球摆动的回复力.

单摆做简谐运动的条件

①推导:在摆角很小时,sinθ

又回复力mgsinθ

x

l

mg·表示摆球偏离平衡位置的位移,

示单摆的摆长)

②在摆角θ很小时,回复力的方向与摆球偏离平衡位置的位移方向相反,大小成正比,单摆做简谐运动.

③简谐运动的图象是正弦(或余弦曲线),那么在摆角很小的情况下,既然单摆做的是简谐运动,它振动的图象也是正弦或余弦曲线.

单摆周期公式推导

设摆线与垂直线的夹角为θ,在正下方处时θ=0,逆时针方向为正,反之为负。

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则摆的角速度为θ’(角度θ对时间t的一次导数),角加速度为θ’’(角度θ对时间t的二次导数)。对摆进行力学分析, 由牛顿第二运动定律,有 (m)*(l)*θ’’=-mg*sinθ θ’’+(g/l)*sinθ=0 ω=(g/l)1/2, θ’’+(ω2)*sinθ=0

θ很小时,sinθ≈θ(这就是考虑单摆运动时通常强调“微”摆的原因) 这时,有

θ’’+(ω^2)*θ≈0 该方程的解为 θ=A*sin(ωt+φ)

这是个正弦函数,其周期为

T=2π/ω=2π*√(l/g)

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本文来源:https://www.wddqw.com/doc/54db8337dc3383c4bb4cf7ec4afe04a1b171b002.html