(5)受力要求:与小球受到的重力及线的拉力相比,空气对它的阻力可以忽略。
(6)摆角要求:单摆在摆动过程中要求摆角小于5°。
2.单摆做简谐运动的条件
判断单摆是否做简谐运动,可分析摆球的受力情况,看回复力是否符合F=-kx的特点,如图131所示。
图131
(1)在任意位置P,有向线段为此时的位移x,重力G沿圆弧切线方向的分力G1=Gsin θ提供摆球以O点为中心做往复运动的回复力。
(2)在摆角很小时,sin θ≈θ=,G1=Gsin θ=x,G1方向与摆球位移方向相反,所以有回复力F回=G1=-。令k=,则F回=-kx。
因此,在摆角θ不超过5°时,单摆做简谐运动。
3.单摆的运动特点
(1)摆球以悬挂点(O′点)为圆心在竖直平面内做变速圆周运动。
(2)摆球以最低点(O点)为平衡位置做简谐运动。
[特别提醒]
(1)单摆振动的回复力为摆球重力沿圆弧切线方向的分力,回复力不是摆球所受的合外力,当然向心力也不是摆球所受的合外力(最高、最低点除外)。
(2)摆球经过平衡位置时,回复力为零,沿圆弧切线方向的加速度为零,但合外力和向心加速度都不等于零。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于单摆,下列说法中正确的是( )
A.摆球受到的回复力方向总是指向平衡位置
B.摆球受到的回复力是它的合力
C.摆球经过平衡位置时,所受的合力为零