2609

Математический и физический маятники

Доклад

Физика

Математический и физический маятники Мы отмечали, что гармонические колебания возникают под действием квазиупругих сил. Покажем, что силы, действующие на маятник при малых углах отклонения, являются квазиупругими, и, следовательно, колебания маятник...

Русский

2012-11-12

41.5 KB

28 чел.

Математический и физический маятники

Мы отмечали, что гармонические колебания возникают под действием квазиупругих сил. Покажем, что силы, действующие на маятник при малых углах отклонения, являются квазиупругими, и, следовательно, колебания маятника являются гармоническими.

Математический маятник – материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая колебания в вертикальной плоскости под действием силы тяжести.

На практике математическим  маятником можно считать тяжелое тело, подвешенное на легкой нити, длина которой во много раз больше размеров тела.

Пусть маятник отклонили на угол   от вертикали.  Возвращающей силой будет являться составляющая силы тяжести Р1, перпендикулярная к нити.

Р1=mgsin

Возникает вращающий момент

М=Р1l=mglsin;  

При малых     sin

М=mgl

Этот момент стремится вернуть маятник в положение равновесия и аналогичен в этом отношении квазиупругой силе. Поэтому моменту М и угловому смещению нужно приписывать противоположные знаки:

       (1)

Напишем уравнение динамики вращательного движения

      (2)

Здесь I – момент инерции, - угловое ускорение

       (3)

Подставляя (1) и (3) в (2) получим:

     (4)

       (5)

Введем обозначение:

      (6)

Тогда уравнение (5) запишется так:

     (7)

Уравнение (7) представляет собой дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Его решение имеет вид:

     (8)

Здесь  - максимальное (амплитудное) отклонение маятника от положения равновесия.

Период колебаний математического маятника:

Период колебаний математического маятника зависит от длины маятника и от ускорения силы тяжести в данном месте земного шара. Период Т не зависит ни от массы, ни от амплитуды.

Измерения периода колебаний маятника могут быть использованы для определения g. Эти измерения исключительно точны, поэтому самые незначительные колебания величины g могут быть обнаружены. На этом основаны методы определения  формы Земли и гравиметрическая разведка. Небольшие, но далеко выходящие за пределы ошибок опыта, изменения значений g могут происходить благодаря залеганию под земной поверхностью более плотных или менее плотных пород.

Физический маятник - абсолютно твердое тело, совершающее колебания под действием силы тяжести вокруг неподвижной горизонтальной оси, не проходящий через его центр инерции (тяжести).

О- ось вращения, С- центр инерции, l- расстояние от оси вращения до центра инерции. Аналогично выводу уравнения для математического маятника можно написать:

Снова получили дифференциальное уравнение гармонических колебаний, решением которого является:

Период колебаний физического маятника равен:

Обозначим , тогда

Величина L называется приведённой длиной физического маятника. Она равна длине такого математического маятника, период колебаний которого совпадает с периодом физического маятника.


m

P=mg

P1

2

l

Рис.1

O

C

P=mg

P1

P2

l

Рис.2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21310. Технологии межсетевых экранов 202.9 KB
  Основные задачи МЭ: Ограничить доступ пользователей из внешней сети к ресурсам внутренней сети. Обычно внешней сетью является более глобальная относительно внутренней сети например Интернет относительно корпоративной сети или локальная сеть относительно ресурсов локального компьютера. В случае с Интернетом пользователями внешней сети могут быть как удаленные пользователи и партнеры так и хакеры.
21311. Туннелирование 63 KB
  Сложность современных систем такова что без правильно организованного управления они постепенно деградируют как в плане эффективности так и в плане защищенности. Системы управления должны: позволять администраторам планировать организовывать контролировать и учитывать использование информационных сервисов; давать возможность отвечать на изменение требований; обеспечивать предсказуемое поведение информационных сервисов; обеспечивать защиту информации.700 выделяется пять функциональных областей управления: управление конфигурацией...
21312. Основные определения и критерии классификации угроз 87.5 KB
  Попытка реализации угрозы называется атакой а тот кто предпринимает такую попытку злоумышленником. Потенциальные злоумышленники называются источниками угрозы. Отметим что некоторые угрозы нельзя считать следствием какихто ошибок или просчетов; они существуют в силу самой природы современных ИС. Рассмотрим наиболее распространенные угрозы которым подвержены современные информационные системы.
21313. Хакерские атаки 928 KB
  Термин хакер здесь используется в его современном значении человек взламывающий компьютеры. Надо заметить что раньше быть хакером не считалось чемто противозаконным скорее это была характеристика человека умеющего профессионально обращаться с компьютерами. В наши дни хакерами мы называем тех кто ищет пути вторжения в компьютерную систему или выводит ее из строя.
21314. USING CONTEXT DATA IN INFORMATION RETRIEVAL 21 KB
  Proposed approach can be easily included in current search engines. This approach is not a complete alternative to classic methods applied in popular search engines, but it can be treated as an additional improvement that provides more efficient way in positioning on relevant document.
21315. Понятие электронно-цифровой подписи 38 KB
  Эта проблема решается при помощи ЭЦП. ЭЦП связывает содержимое документа и идентификатор подписывающего лица делает невозможным изменение документа без нарушения подлинности подписи и подтверждает принадлежность ЭЦП автору электронного документа. Алгоритмы формирования и проверки ЭЦП реализованы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 34. ЭЦП Sign представляет собой вычисляемую по стандартизованному алгоритму математическую функцию хэшфункцию от содержимого подписываемых данных data информации документа и закрытого секретного ключа...
21316. Юридические вопросы информационной безопасности 202.5 KB
  Независимо от способа совершения компьютерного преступления его исполнители должны быть наказаны и профессионалы работающие в сфере информационной безопасности должны уметь собирать информацию необходимую правоохранительным органам при задержании и вынесении приговора лицам несущим ответственность за это преступление. В новом законодательстве нашли отражение вопросы безопасности финансовой информации о клиентах и конфиденциальности сведений медицинского характера. Все эти проблемы требуют понимания и изучения профессионалами работающими...
21317. Состав текущих затрат, сформированный в зависимости от производственно-хозяйственных целей предприятия РГБ 195.5 KB
  Все затраты на производство и реализацию продукции (работ, услуг) должны быть документально обоснованы и иметь исключительно целевое назначение. Поскольку издержки производства и обращения являются главной составляющей при расчете прибыли организации, они участвуют в расчете налогооблагаемой прибыли...
21318. Категории атак на информацию 317.5 KB
  Существуют четыре основных категории атак: атаки доступа; атаки модификации; атаки на отказ в обслуживании; атаки на отказ от обязательств. Атаки такого рода наиболее разрушительны. Атаки нацеленные на захват информации хранящейся в электронном виде имеют одну интересную особенность: информация не похищается а копируется. Определение атаки доступа Атака доступа это попытка получения злоумышленником информации для просмотра которой у него нет разрешений.