作者mathfeel (mathfeel)
看板Physics
标题Re: 请问如何用数学式表示钟摆的时间与位置关系?
时间Thu Mar 29 06:55:28 2007
※ 引述《lien1618 (高赛)》之铭言:
: 不知道这办不办得到?
: 一个摆锤质量为M的钟摆、摆长L
: 要如何表示他的时间与位置关系呢?
: 或是要怎样才能丢进一个T时间然後得出摆锤在该T时间的空间位置座标?
: 我是觉得M应该不用考虑...因为只需要考虑重力加速度a,这样对吗?
: 但是我画了图才发现好像不用微积分就无法导出式子...
: 有没有人可以指点我一下呢?谢谢!
这问题应该在任何力学和数学物理的书里都有解释:
以摆的转点为原点,摆的位置决定于其摆角z(L=1,m=1):
x = sin(z); y=-cos(z)
动能:T=(1/2)(dz/dt)^2
势能:U=-g cos(z)
能量守恒: (1/2)(dz/dt)^2 - g cos(z) = -g cos(z_0)
z_0是最大摆角
dz/dt = √(2g(cos(z)-cos(z_0))
w = sqrt(g),如果没有用L=1的单位,w=sqrt(g/L)
dz/dt = (√2) w √(cos(z)-cos(z_0))
∫dz/√(2(cos(z)-cos(z_0))) = w (t-t0)
左边是elliptical integral,好像没有close form的inverse
但如果是小角的话z<<1,可以近似为:
2(cos(z)-cos(z_0)) ~ z^2-z_0^2) ...
z(t) = z_max cos( w (t - t0))
不用微积分的方法我不知道,但大概只有小角才有...
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pub 2048R/9CB5B35A 2/20/2006 Matthew Zhang (gmail key) <
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