32753

Физические и математические маятники

Доклад

Физика

9 Как видим период колебаний математического маятника зависит от его длины и ускорения силы тяжести и не зависит от амплитуды колебаний. В отличие от математического маятника массу такого тела нельзя считать точечной. Будем считать что вес физического маятника приложен к его центру тяжести в точке С. С учетом всех величин входящих в исходное дифференциальное уравнение колебаний физического маятника имеет вид: 7.

Русский

2013-09-05

57 KB

17 чел.

28.Физические и математические маятники.

Математический маятник.

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на нерастяжимой невесомой нити, совершающая колебательное движение в одной вертикальной плоскости под действием силы тяжести.

Таким маятником можно считать тяжелый шар массой m, подвешенный на тонкой нити, длина l которой намного больше размеров шара. Если его отклонить на угол α (рис.7.3.) от вертикальной линии, то под влиянием силы F – одной из составляющих веса Р он будет совершать колебания. Другая составляющая , направленная вдоль нити, не учитывается, т.к. уравновешивается силой натяжения нити. При малых углах смещения и, тогда координату х можно отсчитывать по горизонтальному направлению. Из рис.7.3 видно, что составляющая веса, перпендикулярная нити, равна

Знак минус в правой части означает то, что сила F направлена в сторону уменьшения угла α. С учетом малости угла α

Для вывода закона движения математического и физического маятников используем основное уравнение динамики вращательного движения

Момент силы относительно точки О: , и момент инерции:
M = FL .
Момент инерции
J в данном случае
Угловое ускорение:

С учетом этих величин имеем:

или

(7.8)

Его решение
,

где и

(7.9)

Как видим, период колебаний математического маятника зависит от его длины и ускорения силы тяжести и не зависит от амплитуды колебаний.

Физический маятник.

Физическим маятником называется твердое тело, закрепленное на неподвижной горизонтальной ocи (оси подвеса), не проходящей через центр тяжести, и совершающее колебания относительно этой оси под действием силы тяжести. В отличие от математического маятника массу такого тела нельзя считать точечной.

При небольших углах отклонения α (рис. 7.4) физический маятник так же совершает гармонические колебания. Будем считать, что вес физического маятника приложен к его центру тяжести в точке С. Силой, которая возвращает маятник в положение равновесия, в данном случае будет составляющая силы тяжести – сила F.

Знак минус в правой части означает то, что сила F направлена в сторону уменьшения угла α. С учетом малости угла α

Для вывода закона движения математического и физического маятников используем основное уравнение динамики вращательного движения

. Момент силы: определить в явном виде нельзя. С учетом всех величин, входящих в исходное дифференциальное уравнение колебаний физического маятника имеет вид:

(7.10)

(7.11)

Решение этого уравнения

Определим длину l математического маятника, при которой период его колебаний равен периоду колебаний физического маятника, т.е. или

.
Из этого соотношения определяем

Данная формула определяет приведенную длину физического маятника, т.е. длину такого математического маятника, период колебаний которого равен периоду колебаний данного физического маятника.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

85265. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ СЕРТИФИКАЦИИ ПРОДУКЦИ, ПРОЦЕССОВ И УСЛУГ 46.73 KB
  Порядок проведения сертификации продукции в общем случае включает: представление и рассмотрение заявки на сертификацию продукции; анализ предоставленной документации; принятие решения по заявке с указанием схемы модели сертификации; обследование...
85266. ПРОВЕДЕНИЕ СЕРТИФИКАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ПРОВЕДЕНИЕМ 64.8 KB
  Сертификационные испытания - элемент системы мероприятий направленных на подтверждение соответствия фактических характеристик продукции требованиям НД с целью получения достоверной информации при взаимоотношениях между изготовителями и потребителями продукции.
85267. СЕРТИФИКАЦИЯ ПЕРСОНАЛА И ИНСПЕКЦИОННЫЙ НАДЗОР 43.51 KB
  Получение сертификата компетентности аудитора является непременным условием для осуществления им работ в области подтверждения соответствия продукции, услуг, систем управления качеством, систем управления безопасностью пищевых продуктов (на основании принципов НАССР), отраслевых систем управления качеством...
85268. Социальное взаимодействие. Социальные движения и изменения 178 KB
  Социальные движения и социальные изменения. Продолжая углублять и развивать социальные связи индивиды вступают в кратковременные соприкосновения в ходе которых они обмениваются какими-либо ценностями материальными предметами информацией и т.
85269. Професійна робота з текстовим та табличним процесорами 1.31 MB
  Засоби автоматизації процесу створення документа. Під час створення текстового документа у Word він автоматично розбивається на сторінки відповідно до тих значень властивостей які встановлені в цьому документі. Сторінка як обєкт текстового документа має такі властивості: розмір сторінки розміри полів...
85270. Пассивные звуковые извещатели для блокировки остекленных конструкций. Принцип действия и технические характеристики 350.5 KB
  Пассивные звуковые извещатели для блокировки остекленных конструкций появились сравнительно недавно и явились следствием исследований звуковых колебаний возникающих при разбитии стекла. Анализ звуковых спектров промышленных шумов акустических сигналов возникающих при разбитии стекла ударах...
85271. Пассивные оптико-электронные инфракрасные извещатели. Принцип действия и технические характеристики 184 KB
  Таким образом в такой системе каждая линза формирует две элементарные чувствительные зоны свою для каждого чувствительного элемента. Необходимо применять извещатели защищенные от проникновения внутрь насекомых а также по требованию заказчика и подразделений охраны обеспечивать герметизацию мест...
85273. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ (ПОЛЕВЫЕ) МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИИ. ЧИСЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ 208 KB
  Наиболее детальный уровень моделирования могут обеспечить, в принципе, полевые модели пожара. Эти модели называют дифференциальными. Полевые модели базируются на использовании дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих пространственно-временное распределение температур...