题目
一个沿x轴作简谐振动的弹簧振子,振幅为A,周期为T,其振动方程用余弦函数表示。如t=0时,质点的状态分别是:(1) x_0=-A;(2) 过平衡位置向正向运动;(3) x_0=A/2且向负向运动;(4) x_0=(A)/(sqrt(2))且向负向运动。试求以上四种情况的振动方程。
一个沿x轴作简谐振动的弹簧振子,振幅为$A$,周期为$T$,其振动方程用余弦函数表示。如$t=0$时,质点的状态分别是:(1) $x_0=-A$;(2) 过平衡位置向正向运动;(3) $x_0=A/2$且向负向运动;(4) $x_0=\frac{A}{\sqrt{2}}$且向负向运动。试求以上四种情况的振动方程。
题目解答
答案
1. $ x_0 = -A $:$ \cos(\phi) = -1 \implies \phi = \pi $,方程为 $ x(t) = A \cos\left(\frac{2\pi}{T} t + \pi\right) $。
2. 过平衡位置向正向运动:$ \phi = -\frac{\pi}{2} $,方程为 $ x(t) = A \cos\left(\frac{2\pi}{T} t - \frac{\pi}{2}\right) $。
3. $ x_0 = \frac{A}{2} $ 且 $ v_0 < 0 $:$ \phi = \frac{\pi}{3} $,方程为 $ x(t) = A \cos\left(\frac{2\pi}{T} t + \frac{\pi}{3}\right) $。
4. $ x_0 = \frac{A}{\sqrt{2}} $ 且 $ v_0 < 0 $:$ \phi = \frac{\pi}{4} $,方程为 $ x(t) = A \cos\left(\frac{2\pi}{T} t + \frac{\pi}{4}\right) $。
最终结果:
1. $ x(t) = A \cos\left(\frac{2\pi}{T} t + \pi\right) $
2. $ x(t) = A \cos\left(\frac{2\pi}{T} t - \frac{\pi}{2}\right) $
3. $ x(t) = A \cos\left(\frac{2\pi}{T} t + \frac{\pi}{3}\right) $
4. $ x(t) = A \cos\left(\frac{2\pi}{T} t + \frac{\pi}{4}\right) $