Wie einfache harmonische Bewegung Arbeiten in horizontaler und vertikaler Federn

In der Physik, wenn die Nettokraft auf ein Objekt handelt, ist elastisch (wie auf einer vertikalen oder horizontalen Feder), kann das Objekt eine einfache oszillierende Bewegung durchlaufen genannt einfache harmonische Bewegung.

Ein oszillierende Bewegung ist eine, die wiederholten Zyklen durchläuft.

Die Kraft, die das Objekt in seine Ruheposition wieder herzustellen versucht, ist auf die Verschiebung des Objekts proportional. Mit anderen Worten, es folgt Hookeschen Gesetz.

Elastische Kräfte deuten darauf hin, dass die Bewegung wird nur zu wiederholen halten (das nicht wirklich wahr ist, however- auch Objekte auf Federn nach einer Weile beruhigen wie Reibung und Wärmeverlust im Frühjahr ihren Tribut fordern). Dieser Abschnitt befasst sich mit einer einfachen harmonischen Bewegung und zeigt Ihnen, wie es zu Kreisbewegung bezieht. Hier legen Sie Bewegung mit dem Sinus-Diagramm und bekannte Konzepte erforschen wie Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Werfen Sie einen Blick auf den Golfball in der Abbildung. Der Ball wird auf einer reibungsfreien horizontalen Fläche an einer Feder befestigt ist. Sagen Sie, dass Sie den Ball, die die Feder drücken, und dann lassen Sie den Ball gehen- heraus schießt, die Feder Stretching. Nach der Strecke, zieht die Feder zurück und einmal passiert wieder die Gleichgewichtspunkt (wo keine Kraft auf der Kugel), Schießen rückwärts vorbei. Dies geschieht, weil der Ball Schwung hat, und wenn der Ball in Bewegung ist, es zu einem Anschlag zu bringen dauert eine gewisse Kraft. Hier sind die verschiedenen Stadien der Ball geht durch die Buchstaben in der Abbildung passend (und unter der Annahme, keine Reibung):

• Punkt A. Der Ball ist im Gleichgewicht, und keine Kraft wirkt auf sie. Dieser Punkt, wo die Feder nicht gedehnt oder komprimiert wird, heißt das Gleichgewichtspunkt.

• Punkt B. Der Ball drückt gegen die Feder und die Feder rächt sich mit Kraft F entgegengesetzt, dass drängen.

• Punkte B bis C. Die Federmitteilungen, und die Kugelfedern in gleichem Abstand auf der anderen Seite des Gleichgewichtspunkt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kugel nicht bewegt, sondern eine Kraft auf sie wirkt, F, so beginnt es in die andere Richtung gehen zurück.

Der Ball geht durch den Gleichgewichtspunkt auf dem Weg Am Gleichgewichtspunkt zu Punkt B zurück, wird die Feder keine Kraft auf den Ball ausüben, aber der Ball bei seiner maximalen Geschwindigkeit fährt. Hier ist, was passiert, wenn der Golfball prallt zurück und auszog- Sie den Ball schieben nach Punkt B, und es geht durch den Punkt A, bewegt sich zu Punkt C, schießt nach A zurück, bewegt sich nach B, und so weiter: BACABACA, und so weiter . Punkt A ist der Gleichgewichtspunkt, und die beiden Punkte B und C sind in gleichem Abstand von Punkt A.

Was ist, wenn der Ball auf dem Ende einer Feder, wie die zweite Figur zeigt in der Luft zu hängen waren? In diesem Fall schwingt die Kugel nach oben und unten. Wie die Kugel auf einer Fläche in der ersten Figur, die Kugel am Ende einer Feder hängend schwingt um das Gleichgewicht orts- dieser Zeit ist jedoch die Gleichgewichtslage nicht der Punkt, wo die Feder nicht gespannt ist.

Das Gleichgewicht Position wird als die Position definiert, bei der keine Nettokraft auf die Kugel wirkt. Mit anderen Worten, ist die Gleichgewichtslage der Punkt, wo der Ball einfach in Ruhe sitzen kann. Wenn die Feder vertikal ist, entspricht das Gewicht der Kugel nach unten den Zug der Feder nach oben. wenn der x Position der Kugel entspricht dem Gleichgewichtspunkt, x_ich, das Gewicht der Kugel, mg, müssen die von der Feder ausgeübte Kraft entsprechen. weil F = kx_ich, Sie können die folgende schreiben:

mg = kx_ich

Die Lösung für x_ich gibt Ihnen die die Feder Strecken Strecke wegen des Gewichts der Kugel:

Wenn Sie den Ball nach unten ziehen oder sie heben und dann loslassen, schwingt es um die Gleichgewichtslage, wie die Abbildung zeigt. Wenn die Feder elastisch ist, erfährt der Ball einfache harmonische Bewegung vertikal um das Gleichgewicht orts- der Ball einen Abstand nach oben geht EIN und ab einem Abstand -EIN um diese Position (im wirklichen Leben, würde der Ball kommen schließlich zur Ruhe in der Gleichgewichtslage, weil eine Reibungskraft, um diese Bewegung zu dämpfen würde).

Die Distanz EIN, oder wie hoch das Objekt aufspringt, ist ein wichtiges Thema bei der Beschreibung von einfachen harmonischen motion- es heißt die Amplitude. Die Amplitude ist einfach das maximale Ausmaß der Schwingung, oder die Größe der Schwingung.