nazywa się częstotliwością w mchu harmonicznym. Jest to liczba okresów T w jednostce czasu. Wymiarem częstotliwości jest 1/s; jednostką jest 1 herc (Hz). Częstotliwość drgań wynosi 1Hz, kiedy czas trwania jednego okresu równy jest jednej sekundzie.
Stała j. to faza początkowa naszego mchu. Wraz z wartościąamplitudy określa ona wychylenie w chwili początkowej tj. dla t=0. Zauważmy, że jeśli faza początkowa będzie równa -p/2, to otrzymamy z równania (4)
x - A cosftrt * = A-(cos crt - „12) -A-sm(<ut) (6.9)„ylidla,=0wychylamb,dm
x=0. Oczywiście. jeśU do wartości fazy początkowej dodamy liczbę będącą wielokrotnością kąta pełnego 360o czyli 2p. to uzyskamy
Rys.J2.4. Położenie, prędkość i przyspieszenie w ruchu harmonicznym.
5. Biłam energii w radiu hatmaumiym Energia potencjahia i kinetyczna
Przypomnijmy związek pomiędzy siłą F. a zmianą energii potencjalnej dE, na odcinku drogi dx. w pobliżu punktu x; wzór (4. lOb)
F(x) = -
dEp(x)
dEp(x)=-F(x) dx
lub r ' ' ' (6.19)
W naszym przypadku siłę i odchylenie z położenia równowagi łączy związek(6.1). Energię potencjalną w punkcie x możemy więc wyznaczyć jako
* f
EDfx) - ~\(~k x) dx = — kx2
(6.20) przyjmując.
(6.21)
(6.22)
że w położeniu równowagi (x=0). Ep(x)=0.
Energia kinetyczna ciała o masie m poruszającego się z prędkością u wynosi
Energia całkowita Dodajmy do siebie obie energie:
“ ? 7
Śm M
Podstawiając wartości x oraz u ze wzorów (4) i (5) otrzymujemy:
Eb +Ek = — k- A2 cos^ ( oj t+w) + — k A2 sin2(qż t+<p) = — k A2
2 2 2 (6.23)
Suma energii potencjalnej i kinetycznej nie zależy ani od X, ani od u i jest w każdej chwili (a więc i w każdym punkcie) taka sama, wprost proporcjonalna do kwadratu amplitudy, Wtynik ten nie dziwi nas; jest prostą konsekwencją zasady zachowania energii. Odchylenie ciała od położenia równowagi, to dostarczenie mu energii potencjalnej. Jeżeli potem nie ingerujemy w ruch ciała, to uzyskiwana w czasie mchu do położenia równowagi energia kinetyczna jest równoważna traconej przez ciało energii potencjalnej.
Po minięciu położenia równowagi sytuacja jest odwrotna • ciało traci -E kin.-E pot Ekin ♦ E.poł energię kinetyczną ale zyskuje potencjalną itd.
potałenłe, i (cm|
czas. c [s]