为什么钟摆可以摆好长时间都不停,而拿绳子加重物几秒就停

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/10 01:23:25
为什么钟摆可以摆好长时间都不停,而拿绳子加重物几秒就停

钟摆
zhōng bǎi
时钟机件的一部分,是根据单摆的原理制成的,左右摆动,通过一系列齿轮的作用,使指针以均匀的速度转动。

单摆
由一根不可伸长、质量不计的绳子,上端固定,下端系一质点,的装置叫做单摆。单摆在摆角小于10°的条件下振动时,可近似认为是简谐运动。单摆周期公式:T=2π[l/g].
*[]为开方。
单摆
simple pendulum
质点振动系统的一种,是最简单的摆。绕一个悬点来回摆动的物体,都称为摆,但其周期一般和物体的形状、大小及密度的分布有关。但若把尺寸很小的质块悬于一端固定的长度为 l且不能伸长的细绳上,把质块拉离平衡位置,使细绳和过悬点铅垂线所 成角度小于5°,放手后质块往复振动,可视为质点的振动,其周期 T只和l和当地的重力加速度g有关,即 而和质块的质量 、形状和振幅的大小都无关系,其运动状态可用简谐振动公式表示,称为单摆或数学摆 。如果振动的角度大于 5°,则振动的周期将随振幅的增加而变大,就不成为单摆了。如摆球的尺寸相当大,绳的质量不能忽略,就成为复摆(物理摆),周期就和摆球的尺寸有关了。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