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

55101. Перемещение и копирование частей рисунка 323.5 KB
  Используя команду горизонтального меню Рисунок Атрибуты измените размер полотна: ширина 93 высота 86 единицы измерения: см Используя инструменты панели рисования палитру операции перемещения и копирования нарисуйте солнце в качестве подсказки можно использовать следующие этапы...
55102. Кредит: сущность, функции, источники. Виды кредита 21.39 KB
  Условия срочности отражают необходимость возврата кредита не в любое, приемлемое для заемщика время, а в точно определенный срок, зафиксированный в кредитном договоре
55103. Модель «IS – LM» 18.17 KB
  Модель IS-LM представляет собой модель совместного равновесия товарного и денежного рынков. Она является моделью кейнсианского типа, описывает экономику в краткосрочном периоде и служит основой современной теории совокупного спроса.
55104. Облік, аналіз та аудит торгівельних запасів на торговельному підприємстві 676.5 KB
  Правова організація і побудова обліку грошових розрахунків між підприємствами мають велике значення, оскільки забезпечують швидке завершення кругообороту коштів, перехід їх з товарної форми у грошову, створюють необхідні умови для оплати придбаних товарно-матеріальних цінностей.
55105. Государственный бюджет: принципы построения, доходы и расходы 19.77 KB
  Структура государственного бюджета в каждой стране имеет свои особенности. Они обусловлены не только национальными традициями, организацией образования и здравоохранения, но и главным образом характером административной системы, структурными особенностями экономики, развитием оборонных отраслей и др.
55107. Обследование курящего человека: спирометрия, определение концентрации метгемоглобина, тест для определения котинина. Методические указания 144.5 KB
  1 группа - характеризующие легочные объемы дыхательный оббьем резервный объем вдоха резервный объем выдоха остаточный объем и емкости общая емкость емкость вдоха функциональная остаточная емкость. 3 группа - характеризующие состояние бронхиальной проходимости форсированная жизненная емкость легких максимальная объемная скорость дыхания во время вдоха и выдоха
55108. Общее учение о болезни 108.5 KB
  Цель: проверить и закрепить полученные знания о здоровье и болезни. Вопросы для самоподготовки: Определение понятия «здоровье» Критерии здоровья. Определение понятия «болезнь». Понятие о патологическом процессе и патологическом состоянии.
55109. Исследование систем управления 88 KB
  Методологии и практическим навыкам исследования надо учить вкус к исследовательской деятельности надо прививать способности к исследовательской работе надо развивать уже в процессе подготовки специалистов.