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

68996. Оператор циклу. Масиви 51.5 KB
  Алгоритм циклічної структури повинен містити такі етапи: 1 підготовку циклу задання початкових значень змінних циклу; 2 тіло циклу дії що виконуються в ньому; 3 модифікацію значень змінних циклу перед кожним новим його повторенням; 4 керування циклом перевірку умови продовження циклу і перехід...
68997. Організація комбінованих типів, оператор приєднання 33 KB
  Описаний вище регулярний тип масив - це структура даних, що містять компоненти однакового типу. Проте часто доводиться зберігати й опрацьовувати сукупності даних різного типу. З цією метою можна було б для кожного типу даних формувати окремий масив і визначати взаємну відповідність...
68998. Організація множин, операції над множинами 34.5 KB
  Множина - це невпорядкований набір різних об’єктів однакового типу. У мові Паскаль використовують тільки скінченні множини, причому всі елементи множини повинні бути однакового типу, визначеного в Паскалі. Тип елементів множини називається базовим.
68999. Процедури та функції 53.5 KB
  У математиці за допомогою функцій задають залежності одних величин від інших які називають аргументами. В алгоритмічних мовах розглядають лише функції для яких можна задати алгоритм визначення їхніх значень. Мова Паскаль допускає тільки такі функції значення яких належать до простих типів.
69000. ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ В РЕЖИМІ ПЕРЕМИКАННЯ 89 KB
  Режим перемикання транзисторного ключа (рис.14.1) залежить від значень напруг на вході UЗВ, живлення ЕС і опору RН, які забезпечують два статичних стану транзистора: вмикнуто (режим насичення) і вимкнуто (режим відсічки). Розглянемо фізичні процеси в транзисторі в стані вимкнуто.
69001. ІНДИКАТОРНІ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВІ ПРИЛАДИ 93 KB
  Конструкція та принцип роботи В електронно-променевій трубці ЕПТ електричний сигнал перетворює ться в світловий. Конструкція ЕПТ Під час попадання електричного променю на люмінофор з останнього вибиваються вторинні електрони. ЕПТ поділяються на три групи: осцилографічні індикаторні кінескопи.
69002. Шуми електронних приладів. Фізична природа шумів 186.5 KB
  Шуми або флюктуації є випадковими процесами. Виникають з подачею напруги живлення на електроди елементу. Їх можна прослуховувати через динамік на вході радіоприймача і підсилювача або побачити на екрані осцилог-рафа. Шуми накладаються на корисні сигнали та рівні постійних напруг і струмів живлення...
69003. P-n перехід у стані рівноваги. Утворення електронно-діркового переходу 342.5 KB
  Розглянемо напівпровідник н п який має дві прилеглих області: одна з провідністю nтипу друга – pтипу. Оскільки концентрація дірок у дірковій області pp напівпровідника вище ніж в електронній pn а концентрація електронів у електронній області nn вище ніж у дірковій np між областями буде існувати...
69004. ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ В р-n ПЕРЕХОДІ ПРИ ДІЇ ЗОВНІШНЬОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ НАПРУГИ 105.5 KB
  Оскільки концентрація рухомих носіїв заряду в рп переході менша ніж в областях п та р напівпровідника опір рп переходу буде більший ніж опір області п та р тому можна вважати що вся напруга прикладається до рп переходу При дії зовнішньої напруги порушується рівновага між дифузійним і дрейфовим струмами в рп переході...