单摆的周期公式如何推出

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问题描述:

单摆的周期公式如何推导

推荐答案

2023-10-23 21:43:21

单摆的周期与摆长有关,周期公式可以用如下的步骤推导得出:

设单摆长度为L,质点的重力为F,倾角为θ,摆的运动轨迹是弧形,可以分解为水平和垂直方向。

在垂直方向上,单摆所受到的力可以分解为重力F和张力T,因为绳子是不可伸长的,所以张力T和质点的垂直向上的分量相等。

在水平方向上,单摆没有受到任何力的作用,因此水平方向的运动不影响单摆的周期。

根据牛顿第二定律,垂直方向上的合力等于质点所受的重力F,可以得到以下公式:

F = mg sinθ = ma

其中,m是质点的质量,g是重力加速度,a是质点在垂直方向上的加速度。

将质点在垂直方向上的运动分解为径向和切向,由于单摆是简谐运动,因此可以得到以下公式:

mg sinθ = -mω^2L sinθ

其中,ω是单摆的角频率,L是单摆的摆长。

将上式化简,得到:

ω^2 = g/L

单摆的周期T与角频率ω的关系为:

T = 2π/ω

将上式代入,可以得到单摆的周期公式:

T = 2π√(L/g)

因此,单摆的周期公式为T = 2π√(L/g),其中L是单摆的摆长,g是重力加速度。

其他答案

2023-10-23 21:43:21

单摆的周期公式是 T=2π√(L/g)

证明:

摆球的摆动轨迹是一个圆弧,设摆角(摆球偏离竖直方向的角度)为θ,则摆球的重力mg沿此圆弧的切线方向的分力为mgsinθ,设摆球偏离平衡位置的位移为x、摆长为l,则当摆角很小时,可以认为sinθ=x/l.。所以,单摆的回复力为F=-mgx/l。

对于系统而言,m、g、l均为定值,故可认为k=mg/l,则F=-kx。

因此在单摆很小的情况下,单摆做简谐运动。

将k=mg/l代入ω=√(k/m)可得ω=√(g/l),由T=2π/ω可得单摆周期公式

T=2π√(l/g)

弹簧振子

F=-kx

a=d²x/dt²

=-(k/m)x=-ω²x ω=√(k/m)

d²x/dt²+ω²x=0

解微分方程

得:x=Acos(ωt+φ)

ω=2π/T

T=2π/ω=2π√(m/k)

单摆:

F切=ma=-mgsinθ a=ld²θ/dt²

ma=mld²θ/dt²=-mgsinθ

d²θ/dt²+(g/l)sinθ=0

θ<

5° sinθ≈θ

其他答案

2023-10-23 21:43:21

回答是:单摆的周期公式是由弹簧振子的周期公式推出来的。

弹簧振子的周期公式是T=2π√m/K,m为弹簧振子的质量,K为弹簧的劲度系数。

单摆做简谐运动,回复力F=mgsinθ

sinθ=x/L

所以F=mg/L·x,所以K=mg/L

带入弹簧振子的周期公式可得T=2π√L/g

L为摆长,T与摆球质量m无关。

其他答案

2023-10-23 21:43:21

1 周期公式为T=2π√(l/g),其中T表示周期,l表示摆长,g表示重力加速度。

2 周期公式的推导过程较为复杂,需要用到牛顿第二定律和胡克定律,并运用微积分等知识进行推导。简单来说,单摆的周期与摆长成正比,与重力加速度的平方根成反比。

3 延伸:单摆周期公式是经典物理学中的基本公式之一,应用广泛,不仅在物理学中有应用,还被应用于钟表、地震仪等领域。同时,单摆的周期公式也是高考和大学物理考试中的重点考点之一,需要掌握好公式和推导过程。

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