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4 データ ③ 周期 Tとその求め方
周期Tとは,単振動に対応する円運動が1周回るのにかかる時間
のことだ。円運動の角速度w (1秒あたりの回転角)は,この周期を用いて、
さて、 ②式と④式に共通して入っているものは何かな?
えーと、 ②式と④式には共通の A sin wtが入っています。
2 [rad] 回転する
w (rad/s)
=
T [s]間で
かくしんどうすう
と書けるね。 このωのことを単振動では角振動数という。
逆にこの式より、 周期 T は、 角振動数w を使って,
2π
T=
w
そうだ。 ここから式変形が続くけど,一つひとつ丁寧に追ってね。
②式を,
A sinwt=xxo
として,これを④式に代入すると,
a=-ω'(x-x) ………⑤
となるね。 この⑤式は, 時刻によらず、いつでも成り立つ式だね。
ここで、この式の両辺に質量m を掛けてみると,
ma= -mω^(x-x) ・・・
と書くことができるね。
さて、図6のように, 半径Aで角速
度ωの円運動を真横から見た単振動を
考えよう。 円運動が点Pを通過した瞬
間を時刻 t = 0 とする。 このとき対応
する単振動の (中) の位置 P′の座標を
x=xとしよう。 時刻で円運動は点
Qを通過するが,このときまでの回転
角はwfとなっている。 このときの単
振動の位置Q′の座標は、図6より,
さらに、この⑥式の右辺の係数をmw²=(定数K)
......
⑦ とおくと,
ma = -K(x - ): ......(8)
wt:
LAW
となるね。 この⑧式は何を表しているかな?
wt
[00]
=Asinwt...... ②
Asinw
P'Q間の距離
図6
となっているね。
左辺が ma・・・あ 運動方程式です!
そのとおり。 この式はまさに単振動の運動方程式となっているね
どうやって,この式から周期を求めるんですか?
まず, 物体が座標 x (0) にあるときに運動方程式を立てて⑧式の形に
もっていくと,とKが出るでしょ。このとき, ⑦式から,角振動数
また、このときの単振動の速度vと, 加速度α は, 円運動の接線
方向の速度Aw と, 向心加速度 Awをそれぞれ真横から見たものと
w= K
km
⑨ が求まる。 wが求まれば、 ①式より,
して、図6より,
T=
=2L=2
mm
Aw coswt. ③
a =
Aw'sin wt....④
ここまでの話は長かったけど.
物理では公式を導く過程が大切
だから、一つひとつ確認してね
右向き正より
⑨より
となっているね。 ここまで, じっくりと図6とニラメッコして もう
となって, 単振動の周期 Tが求まるんだ。
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第17章単振動 | 221