[跟随名师·解疑难]
1.单摆的运动特点
(1)摆线以悬点为圆心做变速圆周运动,因此在运动过程中只要速度v≠0,沿半径方向都受向心力。
(2)摆线同时以平衡位置为中心做往复运动,因此在运动过程中只要不在平衡位置,沿轨迹的切线方向都受回复力。
2.单摆的动力学特征
(1)任意位置:
图1-2-1
如图1-2-1所示,G2=Gcos θ,F-G2的作用就是提供摆球绕O′做变速圆周运动的向心力;G1=Gsin θ的作用是提供摆球以O为中心做往复运动的回复力。
(2)平衡位置:
摆球经过平衡位置时,G2=G,G1=0,此时F应大于G,F-G的作用是提供向心力;因在平衡位置,回复力F回=0,与G1=0相符。
(3)单摆做简谐运动的推证:
在θ很小时,sin θ≈tan θ=,
G1=Gsin θ=x,
G1的方向与摆球位移方向相反,所以有回复力
F回=G1=-x=-kx。
因此,在摆角θ很小时,单摆做简谐运动。(摆角一般不超过5°)
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于单摆摆球在运动过程中的受力,下列结论正确的是( )
A.摆球受重力、摆线的张力、回复力、向心力作用
B.摆球受的回复力最大时,向心力为零;回复力为零时,向心力最大