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圆锥摆。(3)关系问题的讨论
一、困惑
对于研究图1所示的圆锥摆力学问题时,由牛顿力学定律列出方程:
mgtgb=mco2Lsin8(1)
由此得出圆锥运动的e(3)关系为:
cos8=—^(2)■L
对于(2)式,当3V: .
圆锥摆。(3)关系问题的讨论
一、困惑
对于研究图1所示的圆锥摆力学问题时,由牛顿力学定律列出方程:
mgtgb=mco2Lsin8(1)
由此得出圆锥运动的e(3)关系为:
cos8=—^(2)■L
对于(2)式,当3V如兀时,在物理上是允许的,但从(2)式却得出cose>1这一数学上无意义的结果,确实使人费解、困惑。
二、解惑
由(2)式可见,当3fg/L时,cos^=1,即sin0=0,而由(1)式得出(2)式的运算过程中,(1)式两边同除以sine,在sin8=0的情况下,这是不允许的,这正是问题所在。
由上可推断,sin8=0,即cos8=1应该也是方程(1)的一个解,并且,由方程可见,sine=0,即cos@=1对于任何3值均成立。
由上分析可见,sin8=0,即cos8=1是圆锥摆0(3)关系中被疏漏的一个解。
三、0(3)关系之解的物理意义
综上所述,圆锥摆的。(3)关系就有如下解:
cos6=1(L号谜)
cos【=1
cose=L切>:
解的物理意义是:
(1) 如果摆的角速度3值不超过临界值3c=j,则摆球始终铅直悬挂着,并以3旋转,摆的外形不呈圆锥状。
(2) 如果摆的角速度3值超过临界值3c=7,则理论上摆的运动有两种理解:
①出现cose=1所