單擺問題中的等效處理方法:
單擺的周期公式是惠更斯從實驗中總結(jié)出來的。單擺的回復(fù)力是重力沿圓弧切線方向并且指向平衡位置的分力,偏角越大回復(fù)力越大,加速度 ()越大。由于擺球的軌跡是圓弧,所以除最高點外,擺球的回復(fù)力并不等于合外力。在有些振動系統(tǒng)中l不一定是繩長,g也不一定為9.8m/s2,因此出現(xiàn)了等效擺長和等效重力加速度的問題。 1.等效擺長擺長是指擺動圓弧的圓心到撰球重心的距離,而不一定為擺繩的長。如圖中,擺球可視為質(zhì)點,各段繩長均為Z,甲、乙擺球做垂直紙面的小角度擺動,丙擺球在紙面內(nèi)做小角度擺動,O'為垂直紙面的釘子,而且甲:等效擺長乙:等效擺長丙:擺繩擺到豎直位置時,圓弧圓心就由O變?yōu)镺',擺球振動時,半個周期擺長為l,另半個周期擺長為,則單擺丙的周期為 2.等效重力加速度不一定等于9.8(1)g由單擺所在的空間位置決定。g隨所在地球表面的位置和高度的變化而變化,緯度越低,高度越高,g的值就越小,另外,在不同星球上管也不同。 (2)g還由單擺系統(tǒng)的運動狀態(tài)決定,如單擺處在向上加速的升降機中,設(shè)加速度為a,則擺球處于超重狀態(tài),沿圓弧的切向分力變大,則重力加速度的等效值若升降機加速下降,則單擺若在沿軌道運行的衛(wèi)星內(nèi),擺球完全失重,回復(fù)力為零,等效值,擺球不擺動,周期無窮大。 (3)一般情況下,值等于擺球相對于加速系統(tǒng)靜止在平衡位置時(平衡位置是指回復(fù)力為零的位置,而不是合力為零的位置,也可以說成是讓擺球不擺時的位置)重力加速度的等效值,等于擺繩所受的張力與擺球質(zhì)量的比值即但需注意如果在不引起回復(fù)力變化的情況,上述方法并不適用,如擺球帶電,再在懸點處固定一帶電小球,兩球之間的靜電力不引起回復(fù)力的變化,單擺振動周期并不變。
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