物理第4章机械振动PPT课件
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大学物理——第4章-振动和波

A sin1 + A sin2 2 tan = 1 A cos1 + A cos2 1 2
合成初相 与计时起始时刻有关.
v A 2
ω
v A
2
O
x2
1
v A 1
x1
xx
分振动初相差2 1与计时起始时刻无关,但它对合成振幅 是相长还是相消合成起决定作用.
20
讨 论
2 A = A2 + A2 + 2A A2 cos(2 1) 1 1
F = kx
3
l0
k
m
A
F = kx = ma
k 令ω = m
2
A x = Acos(ωt +)
o
x
积分常数,根据初始条件确定
a = ω2 x
dx = ω2 x dt 2
2
dx υ = = Aω sin( ωt +) dt
dx 2 a = 2 = Aω cos(ωt +) dt
4
2
x = Acos(ωt +)
15
π
例 4-3 有两个完全相同的弹簧振子 A 和 B,并排的放在光滑 的水平面上,测得它们的周期都是 2s ,现将两个物体从平衡 位置向右拉开 5cm,然后先释放 A 振子,经过 0.5s 后,再释 放 B 振子,如图所示,如以 B 释放的瞬时作为时间的起点, (1)分别写出两个物体的振动方程; (2)它们的相位差是多少?分别画出它们的 x—t 图.
5cm
O
x
16
解: (1)振动方程←初始条件
x0 = 0.05m, υ0 = 0 , T = 2s
2π ω= = π rad/s T
2 υ0 2 A = x0 + 2 = 0.05m ω υ0 对B振子: tan B = = 0 B = 0 x0ω
合成初相 与计时起始时刻有关.
v A 2
ω
v A
2
O
x2
1
v A 1
x1
xx
分振动初相差2 1与计时起始时刻无关,但它对合成振幅 是相长还是相消合成起决定作用.
20
讨 论
2 A = A2 + A2 + 2A A2 cos(2 1) 1 1
F = kx
3
l0
k
m
A
F = kx = ma
k 令ω = m
2
A x = Acos(ωt +)
o
x
积分常数,根据初始条件确定
a = ω2 x
dx = ω2 x dt 2
2
dx υ = = Aω sin( ωt +) dt
dx 2 a = 2 = Aω cos(ωt +) dt
4
2
x = Acos(ωt +)
15
π
例 4-3 有两个完全相同的弹簧振子 A 和 B,并排的放在光滑 的水平面上,测得它们的周期都是 2s ,现将两个物体从平衡 位置向右拉开 5cm,然后先释放 A 振子,经过 0.5s 后,再释 放 B 振子,如图所示,如以 B 释放的瞬时作为时间的起点, (1)分别写出两个物体的振动方程; (2)它们的相位差是多少?分别画出它们的 x—t 图.
5cm
O
x
16
解: (1)振动方程←初始条件
x0 = 0.05m, υ0 = 0 , T = 2s
2π ω= = π rad/s T
2 υ0 2 A = x0 + 2 = 0.05m ω υ0 对B振子: tan B = = 0 B = 0 x0ω
4机械振动PPT课件

X
k=mg/ l
令向下有位移 x, 则 f=mg-k(l +x)=-kx
作谐振动 设振动方程为 xA cos t (0)
k m
gl
9.8 1r0a/d s 0.098
由初条件得
1r0a/d s
A x02(v0)2 0.09m 8 0 arc(tgvx00 )0,
m
O
x
由x0=Acos0=-0.098<0 cos0<0, 取0=
解:由初始条件:
A
x02
v02
2
0.3 2 9.42 2
4 2
0.42(m 4)
A
0.2 2
x
A
4
0
tg1( v0
x0
由旋转矢量
)tg1(1)
4
质点运动方程:
x0.42c4o2s(t)0.42c4o1s0(t)m ( )
0.2 4
4
(2)由旋转矢量可知:
从t=0到第一次返回x=x0处,相位角的改
对同一谐振动取不同的计时起点不同,但、A不变
例:如图所示,振动系统由一倔强系数为k的 轻弹簧、 一半径为R、转动惯量为I的 定滑轮和一质量为m的 物体所组成。使物体略偏离平衡位置后放手,任其振 动,试证物体作简谐振动,并求其周期T.
解:取位移轴ox,m在平 衡位置时,设弹簧伸长量
为l,则
m gkl0
0 是t =0时刻的位相—初位相
t0时x0A co 0s
v0Asin0
tan0
v0
x0
位相差 两振动位相之差。
21
当=2k ,k=0,±1,±2…,两振动步调相同,称同相 当=(2k+1) , k=0,±1,±2...
《机械振动》张义民—第4章第1、2节ppt

第四章 两自由度系统的振动
◆当振动系统需要两个独立坐标描述其运动时, 那么这个系统就是两个自由度系统。
◆两自由度系统是最简单的多自由度系统。 ◆两自由度系统的振动微分方程一般由两个联立 的微分方程组成。 ◆两自由度系统有两个固有频率及固有振型。
◆在任意初始条件下的自由振动一般由这两个固 有振型叠加,只有在特殊的初始条件下系统才按某 一个固有频率作固有振动。
大象体积庞大,走起路来 更是别具一格,四只脚移动 时分别各自相差90度的位移 差。没有一只脚做的是相同 位移的移动。
◆四只脚动物可以看作是“四个振动体耦合在一起的 系统”吗?事实上,四个振动体组成的系统的基本运动 模式,确实与所提到的那四种走路方式一模一样。
◆可是动物们为什么会按照耦合振动体的方式来行走 呢?虽说现在关于这个问题还没有定论。生物学家们认 为,掌管运动的脑神经网(由数突连接起来的神经细胞) 看起来更接近“耦合振动体”一些。有推测认为,正是 脑神经网的动力学特性,使得动物走起路来才会表现出 振动体的特点。
1998年匈牙利的物理学家塔 马斯·维塞克在布达佩斯音乐学 院举行的一场音乐会上意外地发 现了同步化的现象。
演出相当成功,落幕后观众们热烈的掌声长达 3分钟之久,而维塞克博士便在这里发现了有趣 的东西。音乐会刚一结束,观众们雷鸣暴雨般的 掌声响起,然而过了一段时间之后,观众们的热 烈的掌声显然同步化了,变成了同一种节奏的拍 手。为了答谢观众们的热情,演奏者重新走上台 来谢幕,这时的掌声又突然之间失去了刚才的节 奏,雨点般疯狂地响起。在最后长达3分钟的鼓 掌声中,狂热的掌声和同步的掌声依次交替出现。
◆强迫简谐振动发生在激励频率,而这两个坐标 的振幅将在这两个固有频率下趋向最大值。共振时 的振型就是与固有频率相应的固有振型。
◆当振动系统需要两个独立坐标描述其运动时, 那么这个系统就是两个自由度系统。
◆两自由度系统是最简单的多自由度系统。 ◆两自由度系统的振动微分方程一般由两个联立 的微分方程组成。 ◆两自由度系统有两个固有频率及固有振型。
◆在任意初始条件下的自由振动一般由这两个固 有振型叠加,只有在特殊的初始条件下系统才按某 一个固有频率作固有振动。
大象体积庞大,走起路来 更是别具一格,四只脚移动 时分别各自相差90度的位移 差。没有一只脚做的是相同 位移的移动。
◆四只脚动物可以看作是“四个振动体耦合在一起的 系统”吗?事实上,四个振动体组成的系统的基本运动 模式,确实与所提到的那四种走路方式一模一样。
◆可是动物们为什么会按照耦合振动体的方式来行走 呢?虽说现在关于这个问题还没有定论。生物学家们认 为,掌管运动的脑神经网(由数突连接起来的神经细胞) 看起来更接近“耦合振动体”一些。有推测认为,正是 脑神经网的动力学特性,使得动物走起路来才会表现出 振动体的特点。
1998年匈牙利的物理学家塔 马斯·维塞克在布达佩斯音乐学 院举行的一场音乐会上意外地发 现了同步化的现象。
演出相当成功,落幕后观众们热烈的掌声长达 3分钟之久,而维塞克博士便在这里发现了有趣 的东西。音乐会刚一结束,观众们雷鸣暴雨般的 掌声响起,然而过了一段时间之后,观众们的热 烈的掌声显然同步化了,变成了同一种节奏的拍 手。为了答谢观众们的热情,演奏者重新走上台 来谢幕,这时的掌声又突然之间失去了刚才的节 奏,雨点般疯狂地响起。在最后长达3分钟的鼓 掌声中,狂热的掌声和同步的掌声依次交替出现。
◆强迫简谐振动发生在激励频率,而这两个坐标 的振幅将在这两个固有频率下趋向最大值。共振时 的振型就是与固有频率相应的固有振型。
高中物理机械振动和机械波PPT课件

2
练习2:
有两个简谐运动:
x1
3a sin(4bt
4
)和x2
9a sin(8bt
)
2
它们的振幅之比是多少?它们的周期各是
多少 ?t =0时它们的相位差是多少?
五、简谐运动的几何描述—参考圆
匀速圆周运动在x轴上的投影为简谐运动。
五、简谐运动的几何描述—参考圆
用旋转矢量图画简谐运动的 x t 图
t 1 t 2 1 2
同相:频率相同、初相相同(即相差为0) 的两个振子振动步调完全相同。
反相:频率相同、相差为π 的两个振子 振动步调完全相反。
练习1:
下图是甲乙两弹簧振子的 x – t 图象,两
振动振幅之比为_2__∶___1,频率之比为_1_∶___1 ,
甲和乙的相差为_____ 。
实验器材
带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球,不易伸长的细线(约 1 米)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺.
实验步骤
(1)用细线和金属小一个球制作单摆。 (2)把单摆固定悬挂在铁架台上,让摆球自然下垂,在单摆平衡位 置处作上标记。 (3)用毫米刻度尺量出摆线长度 l′,用游标卡尺测出摆球的直径, 即得出金属小球半径 r,计算出摆长 l=l′+r. (4)把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过 5°),然后放 开金属小球,让金属小球摆动,待摆动平稳后测出单摆完成 30~ 50 次全振动所用的时间 t,计算出金属小球完成一次全振动所用时 间,这个时间就是单摆的振动周期,即 T=Nt (N 为全振动的次数).
解析 作一条过原点的与 AB 线平行的直线,所作的直线就是准确测
量摆长时所对应的图线.过横轴上某一点作一条平行纵轴的直线,则 和两条图线的交点不同,与准确测量摆长时的图线的交点对应的摆长
练习2:
有两个简谐运动:
x1
3a sin(4bt
4
)和x2
9a sin(8bt
)
2
它们的振幅之比是多少?它们的周期各是
多少 ?t =0时它们的相位差是多少?
五、简谐运动的几何描述—参考圆
匀速圆周运动在x轴上的投影为简谐运动。
五、简谐运动的几何描述—参考圆
用旋转矢量图画简谐运动的 x t 图
t 1 t 2 1 2
同相:频率相同、初相相同(即相差为0) 的两个振子振动步调完全相同。
反相:频率相同、相差为π 的两个振子 振动步调完全相反。
练习1:
下图是甲乙两弹簧振子的 x – t 图象,两
振动振幅之比为_2__∶___1,频率之比为_1_∶___1 ,
甲和乙的相差为_____ 。
实验器材
带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球,不易伸长的细线(约 1 米)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺.
实验步骤
(1)用细线和金属小一个球制作单摆。 (2)把单摆固定悬挂在铁架台上,让摆球自然下垂,在单摆平衡位 置处作上标记。 (3)用毫米刻度尺量出摆线长度 l′,用游标卡尺测出摆球的直径, 即得出金属小球半径 r,计算出摆长 l=l′+r. (4)把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过 5°),然后放 开金属小球,让金属小球摆动,待摆动平稳后测出单摆完成 30~ 50 次全振动所用的时间 t,计算出金属小球完成一次全振动所用时 间,这个时间就是单摆的振动周期,即 T=Nt (N 为全振动的次数).
解析 作一条过原点的与 AB 线平行的直线,所作的直线就是准确测
量摆长时所对应的图线.过横轴上某一点作一条平行纵轴的直线,则 和两条图线的交点不同,与准确测量摆长时的图线的交点对应的摆长
大学物理机械振动课件

03 阻尼振动
阻尼振动的定义与特点
定义
阻尼振动是指振动系统受到阻力 作用,使得振动能量逐渐减少的
振动过程。
特点
随着时间的推移,振幅逐渐减小, 频率逐渐降低,直至振动停止。
阻尼力
阻尼振动过程中,系统受到的阻力 称为阻尼力,它与振动速度成正比, 方向与振动速度方向相反。
阻尼振动的描述方法
微分方程
阻尼振动的运动方程通常表示为二阶常微分方程,形式为 `m * d²x/dt² + c * dx/dt + k * x = 0`,其中 m、c、k 分别为质量、
振动压路机
利用共振原理来提高压实效果。
振动输送机
利用共振来输送物料,提高输送效率。
受迫振动与共振的能量转换
能量转换过程
外界周期性力对系统做正 功,系统动能增加;阻尼 使系统能量耗散,系统势 能减小。
转换关系
在振动过程中,外界对系 统的总能量输入等于系统 动能和势能的变化之和。
影响因素
阻尼系数、驱动力频率、 物体固有频率等。
能量耗散途径
阻尼振动的能量耗散途径 主要包括与周围介质之间 的摩擦、空气阻力、内部 摩擦等。
能量耗散的意义
阻尼振动的能量耗散有助 于减小系统振幅,避免因 过大振幅导致的结构破坏 或噪声污染等问题。
04 受迫振动与共振
受迫振动的定义与特点
定义:在外来周期性力的持 续作用下,物体发生的振动
称为受迫振动。
确定各简谐振动的振幅、相位差和频 率,在复平面内绘制振动相量,通过 旋转和位移操作找到合成振动的相量 表示。
振动合成的能量法
描述
能量法是通过分析各简谐振动的能量分布和转化,来研究振 动合成过程中的能量传递和平衡。
大学物理机械振动(课堂PPT)

k , k串k,串, k并k,并
m
.
12
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t :相 位 , 或 位 相(r, ad)或相相 位决定谐振子某
: t 0时的相,称 位为初. 相一瞬时的运动状态
: 相位差,即两个相位之差。
1)对同一简谐运动,相位差可以给出两运动状
态间变化所需的时间.
t t2
t1
(t2) (t1)
4 上一页 下一页
要定义或证明一个运动是简谐振动,可以从 是否满足下面三个方程之一为依据。
Fkx
d2x dt2
2x
0
动力学特点
x A c o t s
运动学特点
某物理量如果满足后两个方程,那么这个物理量
是简谐振动量。
.
5
上一页 下一页
A (振幅决定谐振子运动的范围)
振子偏离平衡位 大置 位的 移最 的绝对 m)值
T
对于弹 :簧 k振 , T 子 2 m, 1 k
m
k 2 m
☆ 确定振动系统周期的方法:
(1)分析受力情F况 m,a或M 由J,写出动力学
(2)将动力学方dd2程 t2x变 2x为 0的形式,
如果能化为这种 也形 就式 证, 明了振动 振为 动
(3)由动力学方程 , 求写出出周T或 期频率 。
cos x0 0
A
sin v0 0
2
A
物体的振动 x方 0.1c程 o1st0 为 : m
.
2 19
上一页 下一页
振 A 幅 矢 A 的 量长
角频率 矢量逆时针匀角 速速 度 旋转的
周 期 T矢 量 旋 转 一 圈 所 T需 2 时 间
频率 矢量单位时间内圈旋数转的P
[优选]高中物理人教版《机械振动》PPT(实用课件)
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( 名 师 整 理 课本专 题)高 中物理 人教版 《机械 振动》 PPT(实 用课件 )ppt优 质说课 稿(精 选)
第6页
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解析 在同一地点,重力加速度 g 为定值,根据单摆周期公 式 T=2π Lg可知,周期的平方与摆长成正比,故 A 项正确;弹 簧振子做简谐振动时,只有动能和势能参与能量转化,根据机械 能守恒条件可知,振动系统的势能与动能之和保持不变,故 B 项 正确;根据单摆周期公式 T=2π Lg可知,单摆的周期与质量无 关,故 C 项错误;当系统做稳定的受迫振动时,系统振动的频率 等于周期性驱动力的频率,故 D 项正确.
20 cm,周期为 3.0 s.当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地
面平齐.地面与甲板的高度差不超过 10 cm 时,游客能舒服地登
船.在一个周期内,游客能舒服地登船的时间是( C )
A.0.5 s
B.0.75 s
C.1.0 s
D.1.5 s
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能舒服登船的时间 Δt=t2-t1,在一个周期内,当 y=10 cm 时,解得 t1=0.25 s,t2=1.25 s,则 Δt=t2-t1=1.25 s-0.25 s= 1.0 s,正确答案为 C 项.
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人教版高中物理竞赛课件 第4章 机械振动 (共133张PPT)

t0
初始时刻 作圆周运动的质点的 径矢与 轴的夹角 就是振动的初相。
x
O
x
x
26
简谐振动的速度
☆ 5
叫做振动的角频率 , 或 T 都表示简谐运动的周期性。
在 A 和 已知的条件下, 决定于质点在时刻 t 0 时的位置。
x A cos(t )
一个简谐运动的物理特征在于其振幅和周期。 对于一个振幅和周期已定的简谐运动, 用数学公式表示时,由于选作原点的时刻不同, 值就不同。Leabharlann x ☆
16
A
O
x
17
A
O
x
18
A
x
O
19
A
O
x
20
A
O
x
21
O
A
x
22
O
x
A
23
O
A
x
24
以圆心 O 为原点,设质点的径矢经过与 x 轴夹角为
的位置时开始计时,
则在任意时刻 t ,
此径矢与 x 轴的夹角为
t
t A
O
t0
也就是全部掌握该简谐运动的特征了。
因此,这三个量叫做描述简谐振动的特征量。
7
三 简谐振动的速度和加速度 任意时刻质点的速度
x A cos(t )
dx v A sin( t ) A cos( t ) dt 2
任意时刻质点的加速度 dv d 2 x a 2 2 A cos(t ) 2 A cos(t ) dt dt
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负号表示速度的方向沿0x轴负方向。
(3)因 x00.0m 5v0,0.30m s, 1故振幅和初相分别为
A x02v022 0.070m7
tan v0 1 x0
1 4
或
3 4
可知
1
4
则简谐运动方程为 x0.070c7o6 s.0s1t4
.
21
4.振动的能量
(1) 动能 (2) 势能
Ek
1 mv2 2
.
25
例4.4 质量为0.10kg的物体,以振幅1.0102m作简谐运动,其最大加速度
如:心脏跳动、行星运动etc.
.
5
4.1.1 简谐振动 -最简单、最基本的振动
表达式: x(t)=Acos( t+)
式中 A
为常量
“位移”可为线量、角量etc.
.
6
1.简谐振动的特征及其运动方程
Hale Waihona Puke ⑴. 弹簧振子的运动k
F
m
o
x
x
取平衡位置为坐标原点
m 受力-线性恢复力 F= -kx
.
7
m 受力-线性恢复力 F= -kx
.
1
第4章 振动和波动
本章内容:
4.1 机械振动 4.2 机械波
.
2
4.1 机械振动
☆振动-物理系统受到外界扰动时,系统状态在平衡态附近往复 变化。
振动有各种不同的形式:
L
•机械振动
•电磁振动
C
•微观振动(如晶格点阵上原子的振动)etc
.
3
机 械 运 动
.
4
广义振动还包括一切具有周期性的运动现象。
•矢量端点在x轴上的投影为SHM。
.
18
.
19
例4.1 如图4.4所示,一轻弹簧的右端连着一物体,弹簧的劲度系数 k0.7N 2m1
物体的质量 m20g
(1)把物体从平衡位置向右拉到x0.05m处停下后再释放,求简谐运动方程
(2)求物体从初始位置运动到第一次经过 A 处时的速度
2
(3)如果物体在x0.05m处时速度不等于零,而是具有向右的初速度 v0 0.30ms1
x(t)=x(t+T ) v(t)=v(t+T )
A co (t s T ) () A co t s )
T2π
T 2π
.
13
☆弹簧振子周期
T 2π m k
频率
ν 1 k 2 m
T2π k m -
.
14
*相位(位相)
x(t)=Acos( t+)
(1) ( t + )是 t 时刻的位相 (2) 是t =0时刻的位相— 初位相
1k A2sin2(t)
2
Ekm , ax 1 2kA 2,Ekm , in0
Ep
1 2
k x2
1kA2co2s(t)
2
Epm , ax 1 2kA 2,Epm , in0
.
22
(3) 机械能
EEkEp
1 2
kA 2
const.
——简谐振动系统机械能守恒!
图7-12
.
图7-13
23
例4.2 设地球是一个半径为R的均匀球体,密度 5.5103kg/m3。现假定沿
求其运动方程。
解 (1)要求物体的简谐运动方程,就需要确定角频率
振幅A和初相三个物理量。
角频率 k 0.72Nm1 6.0s1
m 0.02kg
已知 x0 0.05m v0 0
振幅 A x02v022 x0 0.05m
初相
tanv0 x0
0,0,
根据已知条件作相应的旋转矢量如图,可得 0
所以,质点作简谐运动 (2)质点振动的周期为
T2 m/k 3/G
5.07103s
.
24
例4.3某振动质点的x-t曲线如图所示,试求:(1)运动方程;(2)点P 对应的相位;(3)到达点P相应位置所需要的时间。
解(:1)质点振动振幅A = 0.10 m。 而由振动曲线可画出t = 0和t = 4s时旋转矢量,如图所示。
2Acost (π)
.
10
xA cos(t)
A 为积分常数,由初始条件决定
.
11
位移 xAcots()
速度 vAcost(π)
加速度 a2A co ts (2π)
.
12
2. 描述简谐振动的特征量 x(t)=Acos( t+)
*振幅 A x A 代表物体位移的最大值。
*周期T 和频率 v
周期T -谐振动某状态重复一次( 全振动)所需要的时间
.
8
⑵ 振动方程: Fkx Fma
a F k x mm
取 2 k m
dd2tx2 2x0
xA cos(t)
.
9
振子振动状态由 m 的位置和速度表征
xA cos(t)-振动方程(振动式)
速度 v d x Asi nt ()
d t Acost(π)
加速度
a
d2x d t2
2
2Acost ()
所以,运动方程为: x=0.05m cos(6.0t)
.
20
(2)欲求x
A 2
处的速度。需先求出物体从初位置运动到第一次抵达 A 2
处的相位。因 ,0 由 x A c o t s A c ,o t得s
A
costx21,t或5
AA2 3 3
的初值位代置入速x度A公第式一,次可运得动到v x A2A 时的s相位itn t 30 .2 将m A、6 s 1 和 t
因决定于谐振子性质,谐振动主要由初位相确定。
约定:(π,π]
.
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xA cos(t)
初始条件确定 A 和 :
xt0 x0 Acos
v
t0
v0
Asin
A
x02
v02
2
tan v0
x0
注意: 由上式和 cos x0 共同确定。
A
.
16
3. 简谐振动的描述方法
*解析法 由 x=Acos( t+ )
已知表达式 A、T、 已知 A、T、 表达式
*曲线法
m
o
x
x0 = 0
已知曲线
x A
o -A
= /2
Tt
A、T、
已知 A、T、 曲线
.
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*旋转矢量法
A
t=t
t=0
. t+
A
x·
x
o x = A cos( t + )
•矢量长度 = A;
•以为角速度绕o点逆时针旋转; •t = 0时矢量与x轴的夹角为
直径凿一条隧道。若有一质量为m的质点在此隧道内做无摩擦运动。(1)证明此 质点的运动是简谐振动;(2)计算其周期。
解:(l)取图所示坐标。当质量为m的质点位于x处时,它受地球的引力为
F G mxm x2
G为引力常量,mx是以x为半径的球体质量,即 mx 4x3/3 令 k4Gm/3,则质点受力 F4G m /3xkx
由图可见初相 0 3 或 0 5 3
5/2s41
则运动方程为 x(0.10m)cos524s1t3
(2)图(a)中点P的位置是质点从A/2处运动到正向的 端点处。 对应的旋转矢量图如图所示。
当初相取 0 /3时,点 P的相位为 P0 (tP0 )0
(3)由旋转关量图可得(tP0)3
则 tP 1.6s