问题 问答题

一单摆做简谐振动,其回复力F与位移x的关系图线如图所示,摆球质量为100g,当地重力加速度为9.8m/s2,试求:

(1)此单摆摆长和周期.

(2)单摆做简谐振动的最大加速度和最大速度.

答案

(1)设回复力为F,则F=-

mg
l
x

      由图读出x=-0.872m,F=0.854N,代入上式得

         l=-

mg
F
x=1m          

        周期T=2π

l
g
=2s           

  (2)简谐运动加速度的表达式a=-

g
l
x

     当x=A时,加速度最大.

    最大加速度大小am=gsinθ=

gA
l
 

    代入解得am=0.85 m/s2   

   设最大速度为v,由机械能守恒定律

          

1
2
mv2=mgl(1-cosθ)   cosθ=
1-sin2θ
=
1-(
g
l
)2

    代入解得v=

2gl(1-cosθ)
=0.44m/s; 

答:(1)此单摆摆长为1m,周期为2s.

    (2)单摆做简谐振动的最大加速度为0.85m/s2,最大速度为0.44m/s.

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