簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的機(jī)械震動(dòng),是物體在遭到跟偏離平衡位置的位移大小成反比,但是總指向平衡位置的回復(fù)力作用下的震動(dòng)。并且我們初學(xué)者常常在學(xué)習(xí)的時(shí)侯會(huì)犯一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。
一是路線不一定都是直線。后續(xù)我們學(xué)習(xí)的單擺就是典型的事例。
二是振子的速率方向與位移方向不一定相同。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移指的是震動(dòng)物體偏離平衡位置的位移,位移的起點(diǎn)總是在平衡位置,這么當(dāng)物體遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)位移方向與速率方向相同,緊靠平衡位置時(shí)位移方向與速率方向相反。其實(shí)單擺的位移與速率方向就不在一條直線上。
三是振子所受的回復(fù)力方向與物體所受的合力方向不一定相同。還是說(shuō)單擺,單擺在平衡位置附近的擺動(dòng)既做圓周運(yùn)動(dòng),又做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),擺球所遭到的各個(gè)力的合力既要提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,又要提供其做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力,即單擺震動(dòng)過(guò)程中擺球遭到所有力的合力的一個(gè)分力提供向心力,另一個(gè)分力或則說(shuō)重力沿切線方向的分力提供回復(fù)力。這么回復(fù)力方向就與擺球所遭到的各力的合力方向不相同。
四是振子在平衡位置不一定處于平衡狀態(tài)。諸如,單擺擺球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí),因?yàn)閿[球的平衡位置在弧形上單擺回復(fù)力,擺球在弧形上做圓周運(yùn)動(dòng)須要向心力,故擺球在平衡位置處懸繩的拉力小于擺球的重力,即擺球在平衡位置并非處于平衡狀態(tài)。
五是振子在四分之一周期內(nèi)通過(guò)的路程不一定等于振幅。做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程是振幅的4倍,在半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程是振幅的2倍,并且當(dāng)物體從平衡位置和最大位移之間的某一位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)四分之一周期時(shí)間通過(guò)的路程就不等于振幅了。由于做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體在平衡位置附近速率比在最大位移附近速率大,故物體從平衡位置和最大位移之間的某一位置向平衡位置方向運(yùn)動(dòng)并通過(guò)平衡位置的四分之一周期時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程就小于振幅,而向最大位移方向運(yùn)動(dòng)并返回的四分之一周期時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程就大于振幅。這個(gè)推論你們也可以畫速率時(shí)間圖象直觀看下來(lái)。
六是振子震動(dòng)快時(shí)物體的瞬時(shí)速率不一定快。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)快慢由震動(dòng)周期或頻度反映,周期小震動(dòng)快,周期大震動(dòng)慢;而做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)快慢則由物體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速率反映。震動(dòng)快慢是系統(tǒng)的特點(diǎn)與速率沒(méi)有關(guān)系。
七是振子每次通過(guò)同一位置時(shí),同一化學(xué)量不一定相同。因?yàn)楹?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有周期性,故描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)量以及所受的回復(fù)力都在隨時(shí)間做周期性變化,這樣物體每次通過(guò)運(yùn)動(dòng)路線上的同一位置時(shí),同一化學(xué)量也就不一定相同。其中通過(guò)同一位置時(shí)相同的化學(xué)量是位移、動(dòng)能、回復(fù)力、以及回復(fù)力形成的加速度單擺回復(fù)力,而速率、動(dòng)量這兩個(gè)化學(xué)量在物體連續(xù)通過(guò)同一位置時(shí)就不相同,這是由于速率、動(dòng)量是矢量,其方向與運(yùn)動(dòng)方向相同,而物體連續(xù)通過(guò)同一位直時(shí)運(yùn)動(dòng)方向是相反的,所以物體每次通過(guò)同一位置時(shí),同一化學(xué)量不一定相同。
八是運(yùn)動(dòng)物體在半個(gè)周期內(nèi)回復(fù)力做功一定為零,但回復(fù)力的沖量不一定為零。做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體在任意半個(gè)周期的前后頓時(shí),其速率大小一定相同,速率方向可能是相同的,也可能是相反的。故由動(dòng)能定律和動(dòng)量定律知,物體在半個(gè)周期內(nèi)回復(fù)力做功一定為零,回復(fù)力的沖量不一定為零。
這幾方面的誤區(qū)很好想,主要是羅列舉來(lái)讓你們有個(gè)印象就好。
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