§ 8.2 简谐振动的特征量
一、振幅(amplitude)
作简谐振动的物体离开平衡位置最大位移的绝对值A,称为振幅。振幅恒为正。
全振动:
在SI中,振幅的单位是米,符号为m。
二、周期 频率 角频率
利用周期、频率、角频率反映振动的快慢
1.周期
物体作一次完全振动所需的时间称为周期,用T表示。
周期仅与振动系统本身的物理性质有关
在SI中,周期的单位是秒,符号为s。
2.频率
单位时间内物体所作完全振动的次数,称为频率,用ν表示。
在SI中,频率的单位是赫兹,符号为Hz。
3.角频率
在2π秒内物体作完全振动的次数,称为角频率。
角频率的单位是弧度每秒,符号为rad·s-1。
三、相位和初相
当振幅A和角频率一定时,振动物体在任一时刻相对于平衡位置的位移x和速度v决定于量值(( t+()。把量值( t+(称为相位。
称((t +( )为t 时刻的相位(phase),反映了t时刻的物体的振动状态。
在SI中,相位的单位是弧度,符号为rad。
相位与x、v、a的关系
(t +(
0
(/2
(
3(/2
2(
x(t)
A
0
-A
0
A
((t)
0
-(A
0
(A
0
a(t)
-(2A
0
(2A
0
-(2A
初相位(initial phase):常量( 是t = 0时的相位,称为初相位,简称初相。
t =0称时间零点,是开始计时的时刻,不一定是开始运动的时刻。
初相位反映t = 0时刻的振动状态(x0,(0 )。
x0 = Acos(, (0 = -(Asin(
例8-1 试比较简谐振动的位移、速度和加速度之间的相位关系。
解:
设简谐振动的运动学方程为
振动物体的速度则为
振动物体的加速度为
四、常量A和( 的确定
初始条件
注意:对给定振动系统,周期由系统本身性质决定,振幅和初相由初始条件决定。
五、简谐振动曲线
取
例8-2 一放置在水平桌面上的弹簧振子,周期为0.50s。当t = 0时,物体的位移 ,速度 。求振动方程。
已知:T=0.5s
求:振动方程
解:
(舍)
则:
例8-3 如图所示,一竖直放置的弹簧振子,其劲度系数为k,物体的质量为m。试证物体的振动是简谐振动,并求其振动周期。
取弹簧上未放物体时的自由端位置点O为坐标原点,x轴竖直向下。
当物体放在弹簧上达到平衡时,弹簧缩短量为b
当物体在任一位置x时
其动力学方程为
令 ,这相当于把坐标原点改放在平衡位置
则动力学方程为
此式表明竖直放置的弹簧振子,仍然作简谐振动。
六、简谐振动的描述方法
要熟记典型 ( 值所相应的振动情况和振动曲线(如图)。
(
0
(/2
(
3(/2
2(
x0
A
0
-A
0
A
(0
0
-(A
0
(A
0