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已知一弹簧振子由 m =2kg的物体与劲度系数 k =8N/m )组成,其振幅为 A =3m,沿 x 轴运动,并从物体处于最小位移处时开始计时,其振动方程为

发布于 2023-06-19 21:43:40

该弹簧振子的振动方程可以表示为:mx'' + kx = 0,其中,m是物体的质量,k是弹簧的劲度系数,x是物体的位移,x''是位移的阶导数。

根据这个振动方程,我们可以求解出该弹簧振子的运动方程。

首先,假设解为 x = A*cos(ωt+φ),其中A是振幅,ω是角频率,t是时间,φ是位常数。

由于振幅A=3m已知,我们只需要求解角频率ω和相位常数φ即可。

将振动方程代入运动方程,得到 mx'' + kx = 0,即 mω²Acos(ωt+φ)) + kA*cos(ωt+φ) = 0。

化简得到 -ω²Acos(ωt+φ) + kAcos(ωt+φ) = 0,再整理得到 (k/m)Acos(ωt+φ) - ω²Acos(ωt+φ) = 0。

由于cos(ωt+φ)不为零,因此上式等价于 (k/m) - ω² = 0,即 ω² = k/m。

代入已知的 m = 2kg 和 k = 8N/m,得到 ω² = 8N/m / 2kg = 4rad²/s²。

所以,角频率 ω = sqrt(4) = 2rad/s。

最后,我们可以得到该弹簧振子的运动方程为 x = 3*cos(2t+φ),其中φ是相位常数,可以通过初始条件确定。

注意:以上求解过程中,假设了振动方程的解为简谐振动形式。请特别注意,在题目中提到物体处于最小位移处时开始计时,所以需要在时间t中加入一个相位常数φ,以保证振动方程的初始条件一致。

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