一个质量为m的小球在一个光滑的半径为R的球形碗底作微小振动,如图(a)所示。设t=0时,θ=0,小球的速
一个质量为m的小球在一个光滑的半径为R的球形碗底作微小振动,如图(a)所示。设t=0时,θ=0,小球的速度为v0,向右运动。试求在振幅很小情况下,小球的振动方程。
解法一 以小球为研究对象。设逆时针方向的角位移为正t时刻小球位于P点角位移为θ受力情况如图(b)所示。
根据牛顿运动定律在轨迹的切线方向上有
-mgsinθ=mar
即
ar+gsinθ=0
解法二 小球在运动过程中仅有重力做功机械能守恒以最低点为势能零点则在t时刻小球的机械能为
此后的解题过程与解法一相同。
这是一个由动力学求解简谐振动的问题,同时在求解过程中应用了在小角度时sinθ≈θ的近似条件。利用简谐振动的能量特征,用能量守恒的方法求解振动问题比较方便。