振动物体在不同位置的速度和加速度,不会一起达到最大。先选平衡位置作为位移零点,再利用简谐关系,可以解释这些量为什么出现在不同阶段。
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负号表示恢复方向
设理想简谐运动角频率ω=5弧度/秒,振幅A=0.040米。位移x=+0.020米时,a=-ω²x=-0.50米/秒²,方向朝向平衡位置。
不能因为x为正,就把a也写成正。关系a=-ω²x表达恢复性,量纲为每秒平方乘长度,得到加速度。
比较速度大小
在同一简谐模型中,v²=ω²(A²-x²)。此时速率约0.173米/秒;平衡位置x=0时达到最大速率ωA=0.200米/秒。
在端点x=±A,速度为零而加速度大小为ω²A=1.0米/秒²。加速度非零,使物体接下来改变速度方向。
一个位置不必决定运动方向
除端点外,物体可能沿两个方向经过相同位置。仅给x时,速度公式通常先得到速率,速度正负还需要相位或运动方向信息。
把位置与速度方向分开,可以避免只看图上左右就决定所有符号。
先验证模型再使用公式
上述关系以理想简谐运动为前提;强阻尼、驱动或非线性作用可能需要不同分析。不能把任意往复运动都称作同一种模型。
本文为原创BPhO基础训练,不是官方试题或实验指导。咨询时带位移、速度与加速度草图,便于判断困难在哪个联系。
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