3828

Колебательные движения физического маятника

Контрольная

Физика

Физический маятник 1.Параметры колебательного движения Движение, при котором координата точки изменяется по закону косинуса (или синуса) называется гармоническим колебанием. Таким образом, при равномерном движении точки по окружности ее проекция сов...

Русский

2014-09-23

110.6 KB

11 чел.

Физический маятник

1.Параметры колебательного движения

Движение, при котором координата точки изменяется по закону косинуса (или синуса) называется гармоническим колебанием. Таким образом, при равномерном движении точки по окружности ее проекция совершает гармонические колебания.

Смещение из положения равновесияотклонение колеблющейся точки от положения равновесия в данный момент времени.

Амплитуда колебаний А – наибольшее отклонение колеблющейся величины от ее среднего значения.

ω t + α – фаза колебаний

α - начальная фаза колебаний

Мгновенная скорость частицы – векторная физическая величина, равная отношению перемещения Δ, совершенного частицей за очень малый промежуток времени Δt, к этому промежутку времени.

υ = dx / dt = - Aωsin (ωt + α) = Aωcos (ωt + α + π/2)

υmax = Aω – амплитуда скорости

Средняя скорость частицы векторная физическая величина, равная отношению перемещения, совершенного частицей за время t, к этому времени.

Ускорение материальной частицы – векторная физическая величина, равная пределу к которому стремится отношение изменения скорости, произошедшего за малый промежуток времени к этому промежутку времени.

a = / dt = - Aω2cos (ωt + α) = Aω2sin (ωt + α + π)

amax = Aω2 – амплитуда ускорения

Период колебаний Т – время, за которое совершается одно полное колебание.

Частота колебаний ν - физическая величина, показывающая число колебаний, совершаемых за 1 с.

Циклическая (или круговая) частота ω – это число колебаний, совершаемых за 2π секунд.

ω = 2 ∙ π / Т = 2 ∙ π ∙ ν

Уравнение гармонических колебаний для колебаний груза на пружине.

Гармонические колебания совершает тело массы m, на которое действует только квазиупругая сила F = - kx,

где х – отклонение колеблющегося тела от положения равновесия, k – коэффициент упругости.

Уравнение движения:

ma = - kx

     ∙∙

a = d2 x / d t2 = x

     ∙∙

m ∙ x + k ∙ x = 0

∙∙

x + k / mx = 0

k / m = ω2

∙∙

x + ω2  x = 0 – дифференциальное уравнение свободных незатухающих гармонических колебаний.

x = Acos (ωt + α) – решение уравнения.

Закон изменения кинетической, потенциальной и полной энергии частицы.

Полная энергия гармонического колебания должна оставаться постоянной.

В процессе колебаний происходит превращение кинетической энергии в потенциальную и обратно.

В моменты наибольшего отклонения от положения равновесия полная энергия Е состоит только из потенциальной энергии, которая достигает своего наибольшего значения.

При прохождении системы через положение равновесия полная энергия состоит лишь из кинетической энергии, которая в эти моменты достигает своего наибольшего значения.

Кинетическая энергия Ек = mυ2 / 2 = mA2 ∙ ω2 / 2 ∙ sin2 (ω ∙ t + α)

Потенциальная энергия Еп = kx2 / 2 = kA2 / 2 ∙ cos2 (ω ∙ t + α) = mA2 ∙ ω2 / 2 ∙ cos2 (ω ∙ t + α)

Полная энергия Е = Ек + Еп = mA2 ∙ ω2 / 2 = kA2 / 2

Eк = Е ∙ sin2 (ω ∙ t + α) = Е / 2 ( 1 – cos 2(ωt + α))

Eп = Е ∙ cos2 (ω ∙ t + α) = Е / 2 ( 1 + cos 2(ωt + α))

2.Уравнение колебаний математического и физического маятника.

Под маятником в физике понимают твёрдое тело, совершающее под действием силы тяжести колебания вокруг неподвижной точки или оси. Различают математический  и физический маятник.

Математическим маятником называют систему, состоящую из невесомой и нерастяжимой нити, на которой подвешена масса, сосредоточенная в одной точке.

При отклонении маятника от положения равновесия возникает вращательный момент М:

М = - mgl sin φ = - mglφ (в случае малых колебаний),

где m – масса маятника, l – длина маятника, φ – угол, образованный нитью с вертикалью, - характеризует отклонение маятника от положения равновесия.

Основное уравнение вращательного движения М = I ∙ ε

            ∙∙

Угловое ускорение  ε = d2φ / d t2 = φ

Момент инерции I = ml2

Уравнение движения примет вид:

∙∙

ml2 ∙ φ = - mglφ

Частота колебаний ω2 = g / l

∙∙

φ + ω2 ∙ φ = 0 – дифференциальное уравнение относительно функции φ (t).

Решение этого уравнения φ = φ0cos (ω ∙ t + α),

где α – начальная фаза колебаний, ω – циклическая частота колебаний.

Период колебаний Т = 2 ∙ π / ω = 2 ∙ π ∙ √ l / g

Если колеблющееся тело нельзя представить как материальную точку, маятник называется физическим.

C – центр масс,  lс – расстояние от точки подвеса до центра масс.

При отклонении маятника от положения равновесия возникает вращательный момент М:

М = - mglс sin φ = - mglφ (в случае малых колебаний),

Основное уравнение вращательного движения

    ∙∙

М = I ∙ ε = Iφ

Уравнение движения примет вид:

   ∙∙

I ∙ φ + mglcφ = 0

∙∙

φ + mglc / Iφ = 0

Частота колебаний ω2 = mg  lc / I

∙∙

φ + ω2 ∙ φ = 0 – дифференциальное уравнение относительно функции φ (t).

Решение этого уравнения φ = φ0cos (ω ∙ t + α),

где α – начальная фаза колебаний, ω – циклическая частота колебаний.

Период колебаний Т = 2 ∙ π / ω = 2 ∙ π ∙ √ I / mglc

Период, частота колебаний и приведённая длина физического маятника.

Частота колебаний ω = √ mglc / I

Период колебаний Т = 2 ∙ π √ I / mglc = 2 ∙ π √ Lпр / g

Приведённая длина физического маятника – это длина такого математического маятника, период колебаний которого совпадает с периодом данного физического маятника.

Lпр = I / m ∙ lc

Lпр > lc


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52968. Розв’язування задач і вправ на обчислення площ та об’ємів геометричних фігур 52.5 KB
  Записуємо число класна робота і тему урока в зошиті II Перевірка домашнього завдання. Перевіримо зарання Як зробили ви завдання Олівці взяли у руки Й приступили до науки Щоб ви менше хвилювались Зошитами обмінялись. Тестові завдання. Завдання для 1 групи.
52969. Марш. Музыка 1 класс 50.5 KB
  Тема: Марш Цели: познакомиться с жанром марш; рассмотреть жизненные обстоятельства при которых звучит марш научиться различать разные виды маршей. Организация урока: построение перед классом вход под музыку марша музыкальное приветствие. Марш пофранцузски ходьба движение. От этого слова и пошло наше маршировать то есть ходить особенным ладным и четким шагом.
52970. Класична доба української філософії 141.5 KB
  Світова та українська культура. Вкажіть основні риси українського світогляду. Що притаманно для філософської думки Київської Русі Перерахуйте твори часів Київської Русі які відображали світогляд. Що повинні були написати на могильному камені Сковороди Світ ловив мене та не впіймав.
52971. Впорядкування даних, пошук даних за зразком в таблиці. Використання фільтрів для пошуку даних в базі даних 12.72 MB
  Перевірка домашнього завдання. Ми продовжуємо вивчати тему «Бази даних. Система управління базами даних Access». На попередніх уроках ми вчилися проектувати БД, розглядали різні способи створення таблиць, заповнювали таблиці конкретними даними.
52973. TAXATION. WHAT ARE TAXES? 528 KB
  Businesses and individuals are subject to many forms of taxes. The various forms of business organization are not taxed equally. The tax situation is simplest for proprietorships and most partnerships; corporations or companies are treated differently.
52974. Фінікія 55.5 KB
  Мета: визначити час на який припадає поява та розквіт фінікійських міст – держав ознайомитися з господарством Фінікії досягненнями фінікійців у писемності та в інших галузях культури розкрити причини колонізації фінікійців значення колонізації; розвивати інформаційно пізнавальні компетентності вміння самостійної роботи з різними джерелами інформації аналізувати факти та явища робити висновки комунікативні компетентності вміння висловлювати власну думку аргументувати свою позицію представляти дослідження...
52975. Клас Кісткові риби. Загальна характеристика класу. Зовнішня будова риб 383 KB
  Мета: сформувати в учнів знання про клас Кісткові риби; розкрити особливості зовнішньої будови та життєдіяльність представників цього класу у зв’язку з умовами життя; простежити ускладнення будови кісткових риб порівняно з ланцетником і хрящовими рибами;визначити місце кісткових риб у системі органічного світу та еволюції хордових тварин;розвивати уміння самостійно працювати з малюнками та текстом підручника з натуральними об’єктами;вчити порівнювати й робити висновки; розвивати логічне мислення...
52976. Проблемне навчання фізики 64 KB
  Застосування принципу активності в навчанні особливо потрібне в українській школі бо якраз нам треба перебороти ту пасивність що віками вироблялась у нашого народу і розвинути ініціативу та творчі здібності нашої молоді. Предметом особливої уваги кожного педагога має бути використання в роботі таких засобів методів і форм навчання які спрямовані на розвиток критичності та незалежності мислення допитливості винахідливості самостійності тощо. Суттєво підвищити ефективність розвитку інтелектуальноеврестичних здібностей можна лише в...