單擺週期公式是怎麼推出來的,高中物理單擺的週期公式是怎麼推出

時間 2021-08-11 18:13:36

1樓:公孫來福桑珍

把簡諧運動和圓周運動對比,再用公式t=2π/ω、a=rω²可推匯出週期公式。

高二課本上有這個推導。

2樓:

設夾角a 線長l 拉力t 角速度w

t-mgcosa=w^2*l (1)

mgsina=-mdv/dt (2)

v=da/dt*l(3)

有2 3 式得

gsina/l=-d^2a/dt^2

a很小時sin(a)=a

g*a/l+d^2a/dt^2=0 這是最簡單的常微分方程式

特徵根是 a=(g/l) i w^2=g/l 所以解a=a0cos(wt+b)

週期t=2tt/w=2tt*(l/g)^1/2

嚴密的:gsin(a)/l=-d^2a/dt^2 開始不做近似

兩邊乘以da/dt 再積分(和證明能量守恆一樣)

(da/dt)^2=2g/l *cosa+c 當a=0時如果da/dt=w0 那麼c=w0^2-2g/l (da/dt)^2=4g/l *(lw0^2/4g-sin^2a/2)>=0

設lw0^2/4g=k^2 帶入 dt=+-1/2*(l/g)^1/2*da/(k^2-sin^2a/2)^1/2

設sina/2=ku 在帶入 dt=+-(l/g)^1/2*du/((1-u^2)(1-k^2u^2))^1/2

然後利用橢圓積分 得到

k<1 t=2tt(l/g)^1/2*(1+1/16*l/g*w0^2)

k>1 t=tt/k*(l/g)^1/2*無窮級數((2n-1)!!/(2n)!!(1/k)^n)^2

tt是派

高中物理單擺的週期公式是怎麼推出

3樓:匿名使用者

把簡諧運動和圓周運動對比,再用公式t=2π/ω、a=rω²可推匯出週期公式。

高二課本上有這個推導。

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