15.5
Betrachten Sie einen Block mit der Masse m, der mit einer horizontalen Feder verbunden ist, die über einer reibungsfreien Oberfläche platziert ist.
Die Nettokraft auf den Block ist die Summe aus der Kraft aufgrund seines Gewichts, der Normalkraft und der Kraft aufgrund der Feder.
Da das Gewicht und die Normalkraft gleich groß und in entgegengesetzter Richtung sind, heben sie sich gegenseitig auf, und die Nettokraft wird gleich der Kraft, die durch die Feder entsteht.
Hier ist die Größe der Kraft proportional zur ersten Verschiebungspotenz. Aus diesem Grund wird das Feder-Masse-System als linearer einfacher harmonischer Oszillator bezeichnet.
Mit dem zweiten Newtonschen Gesetz kann die Kraft in Form von Beschleunigung ausgedrückt werden.
Setzt man die Ausdrücke für Beschleunigung und Verschiebung ein, erhält man die Gleichung für die Kreisfrequenz
.Die Kreisfrequenz wird auch als 2π über die Schwingungsperiode definiert.
Der Kehrwert der Periode ist auch die Schwingungsfrequenz.
Eine steife Feder erzeugt schnelle Schwingungen und eine kurze Periode. Im Vergleich dazu neigt ein schweres Objekt dazu, träge Schwingungen und eine große Periode zu erzeugen.
Eine interessante Eigenschaft der harmonischen Schwingung (SHM) eines Objekts, das an eine Feder angeschlossen ist, ist, dass die Winkelgeschwindigkei…
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