單擺的阻尼運動,物理單擺運動的定義

2023-04-19 21:35:17 字數 2454 閱讀 6919

1樓:匿名使用者

單擺週期不變這個自不必說。單擺在空氣阻力的作用下,擺動的弧度不斷變小,但是,就算擺動的弧度變得很小很小,他的週期也還是恆定的。

你說的問題其實源於一個詭辯。實際上,你是假設了單擺永遠不會停下來,因為,理論來看,阻尼會阻礙單擺運動,但是不會使他停下來。你就是利用了這一點,然而實際上,單擺總會停下來。

請看下面的詭辯例子:

這個詭辯是公元前5世紀古希臘哲學家芝諾(zeno)提出的(兔子其實是古希臘善行走的神,阿西里斯)。芝諾一共提出四則詭辯,以這一則為最著名。

關於龜兔賽跑的邏輯:烏龜先比兔子跑出100米,如果兔子要追上烏龜的話,就得先跑完這100米,但就在兔子跑這100米的時候,烏龜也向前爬了比如說10米,所以兔子還得跑10米才能追上,但是在兔子跑這10米的時候,烏龜還會向前爬1米。兔子要追上烏龜的話,就得先跑完它們之間原先的距離,但是烏龜會在兔子縮小它們原先的距離的時候,還會往前爬,雖然很慢,但是兔子只能使距離無限縮小,卻永遠也追不上烏龜,這個邏輯對嗎?

如果說兔子比烏龜跑得快10倍,也就是說烏龜跑1米的時間兔子可以跑10米。

龜兔賽跑的時候兔子覺得自己能耐就讓了烏龜100米,然後賽跑開始。

當兔子跑了這100米的時候,烏龜又向前跑了10米。

當兔子再跑了這10米的時候,烏龜居然又跑了1米。

這樣,兔子1米,烏龜1分米;兔子1分米,烏龜1釐米;兔子1釐米,烏龜1毫米………

不幸的是,兔子只能無限趨近於烏龜,卻永遠不能超過烏龜,問題出在**。

實際上,這個詭辯的詭異之處是把時間無限細分了。過一分鐘追不上,過半分鐘追不上,過10秒追不上,過1秒追不上……然而,如果再過一個小時呢?那肯定就追上了。。

答案補充:等時性指的是停下之前週期不變。但是停下來了就沒有等時性可言了,因為這個時候,嚴格來講,已經不能叫「擺」了。

實際上,這個阻尼運動並不衝突。

樓主,我的也早,分析的也足夠明確,分若不給我,我冤啊~~tt

2樓:匿名使用者

何為阻尼運動,即運動過程中會受到阻礙其運動的力,從能量的角度來分析,運動物體的能量肯定是要被消耗的,故最終該運動會停止。

而週期不變正能說明是由於 運動的距離和速度發生變化的原因。

個人見解不知對你有沒有幫助。

3樓:匿名使用者

週期雖然不變,但是振幅在不停減小,即能量有損耗,最終會因為空氣阻力導致能量全部消耗完而停止運動。

。你就當每次減少的能量是某一值的倍數,減少到一定程度就直接停止了。實際上就是能量不能無限細分,有點類似與能量量子化的思想。

4樓:網友

用週期的公式看看,週期不變,高度自然也不會變,單擺是不會停的啊。

5樓:賴不通

你應該好好看看教科書,單擺週期運動的公式可以琢磨一下。每次來回能量都減少,速度變慢,高度降低,時間卻不受影響……

6樓:匿名使用者

這就是物理跟數學的區別。物理重實際。

物理單擺運動的定義

7樓:匿名使用者

首先由牛頓力學,單擺的運動可作如下描述:

單擺受到的重力矩為:

m = m * g * l * sin x.

其中m為質量,g是重力加速度,l是擺長,x是擺角。

我們希望得到擺角x的關於時間的函式,來描述單擺運動。由力矩與角加速度的關係不難得到,m = j *

其中j = m * l^2是單擺的轉動慣量,β x''(擺角關於時間的2階導數)是角加速度。

於是化簡得到。

x'' l = g * sin x.

我們對上式適當地選擇比例係數,就可以把常數l與g約去,再移項就得到化簡了的運動方程。

x'' sin x = 0.

因為單擺的運動方程(微分方程)是。

x'' sin x = 0………1)

而標準的簡諧振動(如彈簧振子)則是。

x'' x = 0………2)

我們知道(1)式是一個非線性微分方程,而(2)式是一個線性微分方程。所以嚴格地說上面的(1)式描述的單擺的運動並不是簡諧運動。

不過,在x比較小時,近似地有sin x ≈ x。(這裡取的是弧度制。即當x ->0時有sin x / x = o(1)。

因而此時(1)式就變為(2)式,單擺的非線性的運動被線性地近似為簡諧運動。

然後說一下為什麼是5°。由於sin x ≈ x這個近似公式只在角度比較小的時候成立(這一個可以從正弦函式的在原點附近的圖象近似看出),所以只有在小角度下(1)式化作(2)式才是合理的。

事實上5°≈弧度,sin 5°≈,二者相差只有千分之一點幾,是十分接近的。

在低精度的實驗中,這種系統誤差可以忽略不計(因為實驗操作中的偶然誤差就比它大)。但如果換成25°,誤差高達百分之三,就不宜再看成是簡諧振動了。

由於正弦函式的性質,這個近似是角度越小,越精確,角度越大越不精確。如果角度很大(比如60度處,誤差高達17%),就完全不能說它是簡諧振動了。

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