機械振動是比較復雜的一種運動形式,在學習機械振動時,同學們應注意以下幾個容易混淆的問題:
一、振動過程中的平衡位置與平衡狀態
平衡位置是指振子所受回復力為零的位置,而平衡狀態是指物體所受合外力為零的狀態,兩者不能等同。例如單擺在擺動過程中,回復力為零的位置是平衡位置,但不是平衡狀態,因為擺球在通過平衡位置時,還需向心力,故合外力不為零,此時繩子的拉力與重力的合力指向懸點,充當向心力。
二、簡諧運動的力學特點是f=-kx
式中的k不等同于彈簧的勁度系數,而是一個比例常數,這個常數,由振動裝置本身決定。此式是判斷一個機械振動是否為簡諧運動的依據。例如單擺在擺角很小的情況下,可證明回復力為f=-mgx/l ,這時k=mg/l是一個常數,由擺球的重力及擺長決定。
三、振動能量與振幅的關系
振幅是表示振動強弱的物理量。初學時,同學們很容易認為振幅越大,振動的能量越大,有些資料也有此類似的錯誤,這是對于相同質量的彈簧振子來講的,而對于不同質量的彈簧振子,振幅大的所具有的能量不一定大。
四、關于平衡位置的勢能
由于在講述簡諧運動時是以在水平方向振動的彈簧振子引入的,所以有的同學認為在振動的物體通過平衡位置時勢能為零,這種認為是不確切的。其一,勢能具有相對性,在某一位置勢能的數值與零勢能點的選取有關。其二,有些物體(如豎直方向的彈簧振子)即便規定平衡位置重力勢能為零,但此時彈簧的彈性勢能也不會為零;所以確切的說法是在平衡位置勢能為最小。