Comment fonctionne un mouvement harmonique à ressorts horizontaux et verticaux simples

En physique, lorsque la force nette agissant sur un objet est élastique (comme sur un ressort vertical ou horizontal), l'objet peut subir un mouvement oscillatoire simple appelé mouvement harmonique simple.

Un mouvement oscillatoire est celle qui subit des cycles répétés.

La force qui tente de restaurer l'objet à sa position de repos est proportionnel au déplacement de l'objet. En d'autres termes, il obéit à la loi de Hooke.

Forces élastiques suggèrent que le mouvement va tout simplement continuer à répéter (qui est pas vraiment vrai, however- même des objets sur ressorts se calmer après un certain temps que le frottement et la perte de chaleur au printemps prennent leur péage). Cette section se penche sur un mouvement harmonique simple et vous montre comment il se rapporte à un mouvement circulaire. Ici, vous représentez graphiquement mouvement avec l'onde sinusoïdale et d'explorer des concepts familiers tels que la position, la vitesse et l'accélération.

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La # 8232-direction de la force exercée par un ressort.

Jetez un oeil à la balle de golf dans la figure. La balle est attaché à un ressort sur une surface horizontale sans frottement. Dites que vous poussez la balle, comprimant le ressort, puis vous laissez go- la balle jaillit, étirant le ressort. Après l'étirement, le ressort tire en arrière et encore une fois passe le point d'équilibre (où aucune force de lois sur la balle), le tir en arrière passé il. Cela arrive parce que la balle a l'élan, et lorsque la balle est en mouvement, le ramenant à un arrêt prend une certaine force. Voici les différentes étapes de la balle passe, correspondant aux lettres dans la figure (et en supposant aucune friction):




  • Point A. La balle est à l'équilibre, et aucune force agit sur elle. Ce point, où le ressort ne soit pas étiré ou compressé, est appelé point d'équilibre.

  • Point B. La balle pousse contre le ressort et le ressort se venge avec une force F opposer que pousser.

  • Points de B à C. Les ressorts de presse, et les ressorts à billes à égale distance de l'autre côté du point d'équilibre. À ce point, la balle ne bouge pas, mais une force agit sur elle, F, elle commence donc revenir l'autre sens.

La balle passe à travers le point sur son chemin de retour à un point B. Au point d'équilibre de l'équilibre, le ressort ne exerce une force sur le ballon, mais le ballon se déplace à sa vitesse maximale. Voici ce qui arrive quand la balle de golf rebondit et forth- vous poussez la balle au point B, et il passe par le point A, se déplace au point C, tire de retour à A, se déplace à B, et ainsi de suite: BACABACA, etc. . Le point A est le point d'équilibre, et les deux points B et C sont à égale distance du point A.

Que faire si la balle était à accrocher dans l'air à l'extrémité d'un ressort, comme le montre le second chiffre? Dans ce cas, le ballon oscille de haut en bas. Comme le ballon sur une surface dans la première figure, le ballon accroché à l'extrémité d'un ressort oscille autour de l'équilibre positionnement cette époque, cependant, la position d'équilibre est pas le point où le ressort est pas étiré.

Une balle sur un ressort, influencée par la gravité.
Une balle sur un ressort, influencée par la gravité.

La équilibre la position est définie comme étant la position dans laquelle aucune force nette agissant sur la bille. En d'autres termes, la position d'équilibre est le point où la balle peut simplement s'asseoir au repos. Lorsque le ressort est verticale, le poids de la balle correspond à la baisse de la traction du ressort vers le haut. Si le X position de la balle correspond au point d'équilibre, Xje, le poids de la balle, mg, doit correspondre à la force exercée par le ressort. Car F = kxje, vous pouvez écrire ce qui suit:

mg = kxje

Résolution pour Xje vous donne la distance les tronçons en raison du poids de la balle de printemps:

image2.jpg

Lorsque vous tirez la balle vers le bas ou soulever et puis laisser aller, il oscille autour de la position d'équilibre, comme le montre la figure. Si le ressort est élastique, la balle subit un mouvement harmonique simple verticalement autour de l'équilibre positionnement du ballon monte une distance UN et en bas une distance -UN autour de cette position (dans la vraie vie, la balle serait finalement venir se reposer à la position d'équilibre, car une force de frottement freinerait cette motion).

La distance UN, ou à quelle hauteur l'objet surgit, est une question importante lors de la description simple, immobile harmonique on l'appelle le amplitude. L'amplitude est simplement la mesure de l'oscillation, ou la taille de l'oscillation.


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