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简谐运动 振动方程~

5.8
(1)振动方程 X=Acos(2π/T+π) 初相位π
(2)振动方程X=Acos(2π/T+3π/2) 初相位3π/2
(3)振动方程X=Acos(2π/T+π/2) 初相位π/2
(4)振动方程X=Acos(2π/T+3π/4) 初相位3π/4

简谐运动可以看做圆周运动的投影,所以其周期也可以用圆周运动的公式来推导。
圆周运动的 ;很明显v无法测量到,所以根据 得到 。
其中向心力F便可以用三角函数转换回复力得到即 (F=-kx中负号只表示方向,所以在这省略)。所以得到 ;
因为x与r之间的关系是:x=rcosα,所以上式继续化简得到: 。
然后再将v带入之前的圆周运动T中,即可得到 。
将R记为匀速圆周运动的半径,即:简谐运动的振幅;
将ω记为匀速圆周运动的角速度,即:简谐运动的圆频率,则: ;
将φ记为 t=0 时匀速圆周运动的物体偏离该直径的角度(逆时针为正方向),即:简谐运动的初相位。
则,在t时刻:
简谐运动的位移x=Rcos(ωt+φ);
简谐运动的速度v=-ωRsin(ωt+φ);
简谐运动的加速度a=-ω2Rcos(ωt+φ),上述三式即为简谐运动的方程。

扩展资料:
如果用F表示物体受到的回复力,用x表示小球对于平衡位置的位移,根据胡克定律,F和x成正比,它们之间的关系可用下式来表示:F = -kx
式中的k是比例系数(只是在弹簧振子系统中k恰好为劲度系数),负号的意思是:回复力的方向总跟物体位移的方向相反。负号只代表方向,不代表数值正负。
如果做机械振动的质点,其位移与时间的关系遵从正弦(或余弦)函数规律,这样的振动叫做简谐运动,又名简谐振动。
因此,简谐运动常用 作为其运动学定义。其中振幅A,角频率 ,周期T,和频率f的关系分别为: 、 。
参考资料:百度百科——简谐运动