学习机械振动应注意的几个问题

智浪教育-普惠英才学习机械振动应注意的几个问题在机械振动的学习中，有具有普遍性的六个问题需要注意，它们分别是：一、回复力一定是物体受到的外力的合力吗？不一定。回复力是质点做简谐运动的动力，是质点一旦离开平衡位置就受到的使物体回到平衡位置的力。回复力是根据力的效果来命名的，它可以是质点所受外力的合力或其中的某一个力，也可以是某一个力的分力。如水平弹簧振子的回复力是弹簧的弹力，竖直弹簧振子的回复力是弹力和重力的合力，单摆的回复力是重力沿圆弧的切线方向的分力。二、振动物体在平衡位置时所处的状态是平衡状态吗？不一定。回复力为零的位置为平衡位置，合力为零的状态为平衡状态。根据上面的分析，已知知道回复力不一定是质点受到的合力，故做简谐运动的质点在平衡位置时的状态就不一定是平衡状态。如单摆在摆动过程中（θ5°），通过平衡位置时回复力为零，但摆球做曲线运动需要向心力，故合外力不为零，不是平衡状态，此时绳子的拉力与重力的合力指向悬点（即圆心）充当向心力。三、简谐运动的图线是振动质点的运动轨迹吗？不是。简谐运动的图象是一条按正弦或余弦规律变化的曲线，描述的是做简谐振动的质点的位移随时间变化的规律。而做简谐运动的单摆的运动轨迹为一段圆弧，水平弹簧振子的运动轨迹为一段直线。显然，简谐运动的图线不是质点的运动轨迹。简谐运动的图线既然不是振动质点的运动轨迹，因此，在简谐运动图象上，求质点在某一时刻的速度方向时，不能在图象上通过作该时刻对应点的切线方向的方法获得，但可以从切线斜率的正负判断该时刻速度的正负（斜率为正值，表示速度方向沿正方向；斜率为负值，表示速度方向沿负方向；斜率的绝对值等于振动质点的速度大小），再结合质点的实际振动过程及正方向的规定，最后确定质点的运动方向。例：图1甲是一弹簧振子，O为平衡位置，B、C为两个极端位置，取向右为正方向，图1乙是它的振动图象，则：（1）t＝0时振子的运动方向________（填“左”或“右”）。（2）t由0.2s至0.4s时，振子的速度变________（填“大”或“小”），此时速度方向为_______（填“正”或“负”）智浪教育-普惠英才图1解析：（1）因t＝0时，通过坐标原点O的图线的斜率为正，故知t＝0时的速度为正，因取向右为正方向，因此，t＝0时振子运动方向向右。（2）t由0.2s至0.4s对应的图线为DE段，因过D、E之间各点的切线斜率皆为负，故知此段时间内振子的速度都为负，又因该段时间随t的增大，各点的切线逐渐变陡，即斜率绝对值变大，故速度变大。四、振动质点在4T时间内，走过的路程是一个振幅吗？不一定。振动质点的运动是一个变加速运动，在平衡位置附近时速度大，在位移最大附近时速度小。图2中的O点表示水平弹簧振子的平衡位置，B、C分别是振子左、右的两个极端位置。若质点从平衡位置开始向最大位移处运动，或从最大位移处开始向平衡位置处运动，则4T时间内走过的路程是一个振幅A。若质点从平衡位置一侧经平衡位置到另一侧，则4T时间内走过的路程大于一个振幅A。若从最大位移一侧经最大位移再返回，则4T时间内走过的路程小于一个振幅A。无论质点从哪儿开始运动，在半个周期（2T）内走过的路程一定是2A，一个周期内走过的路程一定是4A。智浪教育-普惠英才图2总之，质点在4T时间内，走过的路程可以等于A，小于A和大于A，具体数值与开始计时时质点的位置有关。五、有阻力作用的振动就是阻尼振动吗？阻力是按力的作用效果而命名的。如果物体运动时，某个力对物体做负功，或者说力与物体运动方向相反，那么，我们就把这个力叫做阻力。物体振动时，回复力有时是动力，有时也是阻力。譬如弹簧振子在远离平衡位置时，其回复力即弹力就是阻力。而阻尼振动中的阻尼是源于振动物体运动过程受到的摩擦和其他介质阻力。因此“阻尼”是指振动过程中摩擦阻力、介质阻力消耗振动能量的现象，而不是阻力出现的现象。因此有阻力作用的振动不一定就是阻尼振动。