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研究简谐运动或者考察简谐运动的方式,经常是方程及其图像,今天我们就来看一看这方面的内容。我们在前面已经说过了简谐运动的方程是x=Acos( ωt+φ)。其中,A是振幅,也就是正子偏离平衡位置的最远距离,ω=2π/T,ω是圆频率,T是周期,φ是t=0时的相位,也就是初相。
关于这个方程,我们还要强调的一点是,它的横坐标是时间,纵坐标是位移,也就是正子偏离平衡位置的位移。以一道例题来简单说明一下。
简谐振动的函数图像如下图所示,写出振动方程。
解析:首先我们要记住简谐运动的方程形式到底是什么?那就是x=Acos( ωt+φ),根据图示,我们很容易看出振幅就是十厘米,所以A=10。我们还可以从图中看出半个周期是4秒,所以周期T=8s,ω=2π/T=π/4。继续来看,当t=0时,x=-5cm ,则-5=10cos(θ),θ=2π/3或者-2/3π,故振动方程为:x=10cos(πt/4+120°)=10cos(πt/4+2π/3)或者x=10cos(πt/4-120°)=10cos(πt/4-2π/3)。
根据以上描述,我们在写简谐运动振动方程的时候,一定要注意几点,一是振动方程的多解性,这是由于初相和振动方向不定而造成的。二是要注意振动方程,它描述的是一个质点,在不同的时刻所处的位置。三是振动方向与波的传播方向在同一侧。这个我们后续说明。
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