简谐运动的周期性和对称性 1.做简谐运动的物体在完成一次全振动后,再次振动时则是重复上一个振动的形式,所以做简谐运动的物体具有周期性.
2.做简谐运动的物体其运动具有对称性.对称性表现在:
(1)速率的对称性:系统在关于平衡位置对称的两位置具有相等的速率.
(2)加速度的对称性:系统在关于平衡位置对称的两位置具有等大反向的加速度和回复力.
(3)时间的对称性:系统通过关于平衡位置对称的两段位移的时间相等.振动过程中通过任意两点A、B的时间与逆向通过该段的时间相等.
【例1】 一个做简谐运动的质点在平衡位置O点附近振动;当质点从O点向某一侧运动时,经3 s第一次过P点,再向前运动,又经2 s第二次过P点,则该质点再经多长的时间第三次经过P点?
[解析] 若质点沿图中①的方向第一次过P点,历时3 s;由P到B,再由B到P共历时2 s,则由其对称性知P、B间往返等时,各为1 s,从而可知=4 s,周期T=16 s.第三次再过P点,设由P向左到A再返回到P,历时为一个周期T减去P、B间往返的2 s,则需时t=16 s-2 s=14 s.
若沿图中②的方向第一次过P点,则有
3-tOP=2+tPO+tOP=,而tOP=tPO
由上两式可解得tOP=tPO= s,T′= s
则质点第三次过P点历时t′=T′-2 s= s.