11第十一章作业

发布 2022-06-26 04:42:28 阅读 7767

五、一个质量为0.20kg的质点作简谐振动,其振动方程为。

公式中的所有物理量均采用国际单位,求 (1) 质点的初速度;(2) 质点在正向最大位移一半处所受的力。

解:(1)质点的振动速度表达式为。

因此质点的初速度为。

2)质点在正向最大位移一半处的加速度为。

因此质点在正向最大位移一半处所受的力为。

八、一个质量为0.25kg的物体,在劲度系数为25 n/m的弹簧作用下沿着x轴运动,其平衡位置在坐标原点。(1) 求振动的周期和角频率; (2) 如果振幅为0.

15m,初始时物体位于x轴0.075m处,且物体沿x轴反方向运动,求物体的初速度和初相; (3) 写出振动方程。

解:(1)该物体振动的角频率为。

振动周期为。

2)由公式,同时注意到初始时物体沿x轴反方向运动,得物体的初速度为。

由于。因此。

或 由于0<0,,因此初相为。

3)该简谐振动的振动方程为。

十。四、如图11-32所示,一个弹簧振子在光滑水平面上作振幅为0.05m的简谐振动,已知物块的质量为0.

1kg,弹簧的劲度系数为4n/m。质量为0.05kg的橡皮泥竖直落下并粘在物块上。

在下列两种情况下,求新的简谐振动系统的振动周期、振幅和能量损失值。(1) 物块经过平衡位置时,橡皮泥与物块粘合; (2) 物块在最大位移处时,橡皮泥与物块粘合。

解:(1) 物块经过平衡位置时,橡皮泥与物块粘合以后它们将共同作简谐振动,其振动的角频率为。

因此新的简谐振动系统的振动周期为。

橡皮泥与物块粘合过程中在水平方向动量守恒,即。

其中。因此橡皮泥与物块粘合后它们的共同运动速度大小为。

这个速度大小也是新的简谐振动系统的最大速度,因此。

由此解得新的简谐振动系统的振幅为。

能量损失值为。

2) 如果物块在最大位移处时,橡皮泥与物块粘合,由于m2与m1在水平方向的相对速度为零,因此新的简谐振动系统的振幅保持不变,仍然等于0.05m。简谐振动系统没有能量损失,即能量损失值等于0。

新的简谐振动系统的周期与前面的一样,等于1.22s。

十。六、一个半径为r、质量为m的匀质球与一根长度为l质量可以忽略的刚性杆固结在一起,杆的延长线通过球心。此系统可绕通过杆的一端的水平光滑轴在竖直面内摆动,如图11-34所示。

求该系统作小幅度摆动的周期。

解:系统所受到的重力矩为。

其中负号表明重力矩阻碍匀质球的摆动。

匀质球对水平光滑轴的转动惯量为。

由转动定律m=j得

整理上式得。

令,则得简谐振动的微分方程为。

因此该系统作小幅度摆动的周期为。

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