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单摆运动之加速度精确解

(2009-05-21 12:01:58)
标签:

单摆运动

精确解

cos

加速度

分类: 挑战科学

在《对现代力学中单摆运动回复力的疑点提出及分析》中,我提出了与现代力学不同的,有关单摆运动的新观点。现就如何求解单摆运动中的加速度,做如下分析:

设:v为速度变量,V为最大速度之值;θ为角度变量,α为最大角度极限值。

根据机械能守恒定律

得:mgL(1-cosα)=mgL(1-cosθ)+1/2mv^2(=1/2mV^2)

整理得:v=√2gL(cosθ-cosα)

已知:(加速度)a=dv/dt=f(θ)dθ/dt

所以:a=-2gLsinθ/[√2gL(cosθ-cosα)]dt

由于θ变量的变化范围是在[-α,0]和[0,α]之间,则θ角的逆时针(正向)变化为加号;顺时针(反向)变化为减号。

故:当(0→α)0+θ=θ(逆时针正向)、[0←(-α)]0-(-θ)=θ(顺时针反向)时,则a≤0,(-2gLsinθ<0)为减速运动;

当[(-α)→0]-θ+0=-θ(逆时针正向)、(0←α)0-θ=-θ(顺时针反向)时,则a≥0,[-2gLsin(-θ)=2gLsinθ>0],为加速运动。

在θ=0时,a=0,速度v也开始由加速运动向减速运动转变(a<0)。

有人会问,如果θ=±α的话,a=±∞又是怎么回事呢?正因为速度即将发生方向性的转换,所以a=±∞也是正常的,只是其加速度的矢量方向由减速正向(或反向)向加速反向(或正向)转换的瞬间。

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