为什么弹簧振子的振动都是简谐运动?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-16
为什么弹簧振子的振动都是简谐运动

弹簧振子的振动并非完全符合简谐运动(偏离平衡态越小,其越接近于简谐运动),使用简谐运动处理最为简单。

简谐振动是自由质点的无阻尼振动,振子受的弹簧力 F=-CX,X=0时 F=0 即处于“平衡点”但这个平衡点是瞬间的。以下是运动方程及其图线。当t=0时,质点受的初始扰动x=x0,v=v0 表示运动的初始条件,可以确定运动方程中的振幅A和初相角a,由图线可见:x=0时 v最大,加速度a=0,----弹性势能为零,全部转换为振子的动能,再往下,部分动能转为势能,----直到X最大,全部动能又转为是能,如此循环不止。

简谐振动运动方程
位移 X=Asin(ωt+a)
速度 v=Aωcon(ωt+a)
加速度 a=-Aω^2 sin(ωt+a)

因为简谐运动的特点是物体所受的力与距平衡位置的位移成正比,且总是指向平衡位置,而由胡克定律,在水平方向上弹簧的弹力F=kx,也是与位移成正比,因此为简谐运动;而在竖直方向上,平衡位置为F=kx0=mg,而回复力F‘=k(x-x0)=kx-mg,也即回复力F’也与位移(x-x0)成正比,所以也属于简谐运动。

弹簧受的合力方向和位移方向始终相同

1、水平位置。重力与支持力平衡。弹簧振子平衡位置在弹簧自然伸长的点,此时在弹簧弹性限度内偏离平衡位置一点,由机械能守恒定律知,弹簧的弹性势能与振子动能之间不停来回转换,但总和保持不变,呈现在平衡位置来回(左右)运动的简谐运动;
2、竖直位置。弹簧静止时,弹簧拉力与振子重力平衡,此时振子位置为平衡位置。这时,在弹簧弹性限度内振子偏离平衡位置,由机械能守恒定律知,弹簧的弹簧弹性势能、振子重力势能、振子动能相互转化,但总和保持不变,呈现在平衡位置上下运动的简谐运动

  • 为什么弹簧振子的振动都是简谐运动?
    答:因为简谐运动的特点是物体所受的力与距平衡位置的位移成正比,且总是指向平衡位置,而由胡克定律,在水平方向上弹簧的弹力F=kx,也是与位移成正比,因此为简谐运动;而在竖直方向上,平衡位置为F=kx0=mg,而回复力F‘=k(x-x0)=kx-mg,也即回复力F’也与位移(x-x0)成正比,所以也属于简谐运动...
  • 弹簧振子的震动为啥是简谐振动
    答:简谐运动既是最基本也是最简单的一种机械振动。当某物体进行简谐运动时,物体所受的力跟位移成正比,并且力总是指向平衡位置。将一个有孔小球体与一个弹簧连在一起,将一个极为光滑的水平杆穿入小球体,使球体可以在水平杆上左右滑动,而球体与水平杆的摩擦力小得可以忽略不计。将弹簧的一端固定住...
  • 为什么弹簧振子的振动都是简谐运动
    答:弹簧振子的振动并非完全符合简谐运动(偏离平衡态越小,其越接近于简谐运动),使用简谐运动处理最为简单。
  • 为什么水平弹簧振子做的是简谐运动(为什么会有平衡状态)?
    答:简谐振动是自由质点的无阻尼振动,振子受的弹簧力 F=-CX,X=0时 F=0 即处于“平衡点”但这个平衡点是瞬间的。以下是运动方程及其图线。当t=0时,质点受的初始扰动x=x0,v=v0 表示运动的初始条件,可以确定运动方程中的振幅A和初相角a,由图线可见:x=0时 v最大,加速度a=0,---弹...
  • 弹簧振子是简谐运动还是往复运动?
    答:恒力作用下的弹簧振子也做简谐运动,振幅要用平衡时的形变量修正。计算物理实践之摩擦阻力弹簧振子 一文表明滑动摩擦阻力作用下的弹簧振子做的是分段简谐运动,在摩擦力方向不变阶段(可以看成恒力)做半个周期的简谐运动;当振子运动方向(或摩擦力方向)改变后,由于摩擦力做负功振子的总能量减小,振子每...
  • 数值方向的弹簧振子为什么能看成简谐运动?
    答:综合了重力后,就是把弹簧的原长变成了原来的原长加上重力拉长的长度就可以了。这就相当把弹簧分成两个部分,一部分总是拉长着,同重力抵消,另一部分就能够如同没有重力一样简谐振动了。因为无论什么时候,重力的值肯定一样,那么因为重力而导致的物体位移的改变(比没有重力的时候的改变)肯定也一直...
  • 弹簧振子的运动是简谐运动,对吗?
    答:弹簧振子是理想化的模型,系统中没有空气阻力,弹簧质量忽略。弹簧的弹力充当回复力,F回=kx,因此在弹簧振子在自由振动时做简谐运动。但弹簧振子亦可以在一个周期性的驱动力之下做受迫振动。
  • 弹簧振子竖直运动是简谐运动吗
    答:答案:弹簧振子的竖直运动是简谐运动。弹簧振子在竖直面内振动重力、弹簧的弹力提供恢复力,满足 F=-KX,所以,弹簧振子的竖直运动是简谐运动。
  • 机械波的各个质点为什么做简谐运动?为什么振幅不变就是简谐运动?
    答:这是根据简谐运动的受力特点而确定的。F = - kx 由此可得出,振动方程 x = Asin(ωt + φ),由该振动方程所确定的简谐运动,其振幅为等幅。简谐运动的振幅是不变的,简谐运动是一种理想模型。它的运动变化遵循正弦规律。但振幅不变的运动不一定都是简谐运动。
  • 什么情况下是简谐振动?
    答:简谐振动通常发生在以下几种情况下:1. 弹簧振子:当一个质量为m的物体悬挂在一个弹性系数为k的弹簧上时,如果忽略空气阻力,物体将在重力作用下做简谐运动。根据胡克定律和牛顿第二定律,物体的运动方程可以写成正弦或余弦函数的形式。2. 摆钟:摆钟是一种利用重力驱动的周期性运动装置,其摆动周期与摆...