问题
计算题
如图所示,质量为的密度计,上部粗细均匀,横截面积为,漂浮在密度为的液体中。现将密度计轻轻按下一段后放手,密度计上、下起伏。若不计液体的阻力,试证明密度计做的是简谐振动。
答案
解:简谐振动的重要特征是回复力大小与位移大小成正比,与位移方向相反。
取向下为正方向,液面为平衡位置。
密度计静止时,受重力和浮力,且有;即,
其中是密度计静止时浸没在液体中的体积。
当密度计向下位移为x时,所受浮力为:,回复力为:;
当密度计向上位移为-x时,所受浮力为:,
回复力为:;
令,则恒有:,密度计所受回复力与位移成正比,方向相反,故密度计的振动是简谐振动。