(2)如果将这个摆改为秒摆,摆长应怎样改变?改变多少?
解析:用振动30次的时间,计算出周期,再利用单摆的周期公式变形后可解得当地的重力加速度.要改为秒摆,需要改变摆长,是周期变成2 s.
答案:(1)当单摆做简谐运动时,其周期公式
T=2π,由此可得g=4π 2l/T2,只要求出T值代入即可.
因为T== s=2.027 s,
所以g=4π2l/T2=(4×3.142×1.02)/2.0272 m/s2=9.79 m/s2.
(2)秒摆的周期是2 s,设其摆长为l0,由于在同一地点重力加速度是不变的,根据单摆的振动规律有:=,
故有:l0==m=0.993 m.
其摆长要缩短Δl=l-l0=1.02 m-0.993 m=0.027 m.
方法归纳 单摆的周期公式T=2π是在当单摆的最大偏角小于10°,单摆的振动是在简谐运动的条件下才适用的。改变单摆的摆长能改变单摆的周期,同一单摆在重力加速度不同的两地周期也不相同,单摆的周期与单摆的振幅无关,与摆球的质量也无关,另外根据周期公式的变形式g=还可以测重力加速度.
5.将一水平木板从一沙摆(可视为简谐运动的单摆)下面以a=0.2 m/s2的加速度匀加速地水平抽出,板上留下的沙迹如图11-4-2所示,量得=4 cm,=9 cm,=14 cm,试求沙摆的振动周期和摆长.(g=10 m/s2)
图11-4-2
解析:根据单摆振动的等时性得到、、三段位移所用的时间相同,由匀变速直线运动规律Δs=aT2计算可得.
答案:由Δs=aT2
T==s=0.5 s
振动周期T′=2T=1 s