同一时刻
弹簧振子与运动状态
右端点:速度为零
时间 t0.000 秒
位移 x+0.200 米
速度 v0.000 米每秒
相位 ωt0.000 弧度
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能量账本
一份总能量,两种存法
此刻振子位于端点,弹簧势能占全部,动能为零。
恒定总机械能 E = ½kA²
0.400 焦耳
势能 100%
动能 0.000 焦耳(0.0%)
弹性势能 0.400 焦耳(100.0%)
一个振动周期里的能量交替
动能和势能各起伏两次,因此能量变化的角频率是 2ω
在 x = ±Av = 0,动能为零,势能等于总能量
在 x = 0速率最大,势能为零,动能等于总能量
在任意位置Eₖ + Eₚ = E,理想无阻尼时总量不变
反向推理
指定能量比例,位置在哪里?
注意:除平衡位置和端点的特殊情况外,同一能量比例通常对应左右两个位置。
当 Eₚ/E = 36% 时,先算出 |x|/A。
|x|/A =
先把势能公式与总能量公式相除,看看哪些量会约掉。
实验采用的理想模型
x=A cos(ωt) v=−Aω sin(ωt)
Eₖ=½mv² Eₚ=½kx² E=½kA²
忽略阻力与能量损耗;这里只研究自由简谐振动的能量转换。