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简谐运动的原理解释.不是规律哦)现在知道了!那正弦函数式子的由来了。这个问题的精确回答需要大学数学里“常微分方程”课程的

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/10/06 09:44:32
简谐运动的原理解释.
不是规律哦)
现在知道了!那正弦函数式子的由来了。
这个问题的精确回答需要大学数学里“常微分方程”课程的知识。
首先,加速度a是位移x对时间的二阶导数,也就是a(t)=x’’(t)。
其次,按照牛顿第二定律,合外力与加速度成正比:F(t)=m*a(t)。
最后,按照所给的条件,合外力与位移成正比且方向相反:F(t)=-k*x(t)。
综合以上三个等式得到关于位移x(t)的二阶常系数线性微分方程:
x’’(t)=-k*x(t)/m
这个方程的解x(t)描述了物体的运动状态。可以证明,这个方程的通解是
x(t)=A*sin(ω*t+φ)
其中A,φ为任意常数,而ω等于k/m的平方根。这就是简谐运动的方程,A与φ分别为振幅(取绝对值)与初相。
简谐运动的原理可以从数学的和物理的两个角度去理解.
数学的角度就是二阶常微分方程.力正比于加速度,而加速度是位移的二次导数,并且正比于位移,由此可以列出一个二阶常微分方程,在初始条件的作用下,求解该微分方程,即可得到简谐运动位移与时间的关系式.
物理的角度也有两个,从运动的合成角度来说,就是匀速圆周运动的分解,将这种运动分解到某一个方向上,即可得到间歇运动.也就是说是匀速圆周运动的一个分运动.
从动力学(牛顿第二定律)的角度来讲,简谐运动是所受外力正比于位移,且与位移方向相反(原点设立在平衡位置)的一种特殊的运动.这种关系导致了简谐运动的正弦或者是余弦关系表达式,其本质是数学微分方程的特解.