什么是单摆运动请详细说明!谢谢!

问题描述:

什么是单摆运动
请详细说明!谢谢!

http://baike.baidu.com/view/244815.htm

ls说的很详细了,摆动角度很小的情况下可看做简谐振动
一般计算也是按简谐振动,不然会很复杂

1.单摆速度只有重力势能 即mgh决定,因为动能是由重力势能转化的
2.单摆振幅只由最开始放下小球的高度和空气阻力有关
总之,重力势能 动能相互转化 其间会因空气摩擦损耗部分能量,小球最终停止在最低点
单摆受到的重力矩为:
M = - m * g * l * Sin x.
其中m为质量,g是重力加速度,l是摆长,x是摆角。
我们希望得到摆角x的关于时间的函数,来描述单摆运动。由力矩与角加速度的关系不难得到,
M = J * β.
其中J = m * l^2是单摆的转动惯量,β = x''(摆角关于时间的2阶导数)是角加速度。
于是化简得到
x'' * l = - g * Sin x.
我们对上式适当地选择比例系数,就可以把常数l与g约去,再移项就得到化简了的运动方程
x'' + Sin x = 0.
因为单摆的运动方程(微分方程)是
x'' + Sin x = 0…………(1)
而标准的简谐振动(如弹簧振子)则是
x'' + x = 0………………(2)
我们知道(1)式是一个非线性微分方程,而(2)式是一个线性微分方程。所以严格地说上面的(1)式描述的单摆的运动并不是简谐运动。
不过,在x比较小时,近似地有Sin x ≈ x。(这里取的是弧度制。即当x -> 0时有Sin x / x = o(1)。)因而此时(1)式就变为(2)式,单摆的非线性的运动被线性地近似为简谐运动。
然后说一下为什么是5°。由于Sin x ≈ x这个近似公式只在角度比较小的时候成立(这一个可以从正弦函数的在原点附近的图象近似看出),所以只有在小角度下(1)式化作(2)式才是合理的。
事实上5°≈0.087266弧度,Sin 5°≈0.087155,二者相差只有千分之一点几,是十分接近的。在低精度的实验中,这种系统误差可以忽略不计(因为实验操作中的偶然误差就比它大)。但如果换成25°,误差高达百分之三,就不宜再看成是简谐振动了。
由于正弦函数的性质,这个近似是角度越小,越精确,角度越大越不精确。如果角度很大(比如60度处,误差高达17%),就完全不能说它是简谐振动了。
这是高一的物理啊!!!!

1.单摆速度只有重力势能 即mgh决定,因为动能是由重力势能转化的
2.单摆振幅只由最开始放下小球的高度和空气阻力有关
总之,重力势能 动能相互转化 其间会因空气摩擦损耗部分能量,小球最终停止在最低点

首先由牛顿力学,单摆的运动可作如下描述: 单摆受到的重力矩为: M = - m * g * l * Sin x. 其中m为质量,g是重力加速度,l是摆长,x是摆角. 我们希望得到摆角x的关于时间的函数,来描述单摆运动.由力矩与角加速度的关系...