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簡諧運動

彈簧振子的位移 - 時間圖像

x = A·cos(ωt)
位移 x (m)
0.00
速度 v (m/s)
0.00
加速度 a (m/s²)
0.00
1.5
1.5

提示:x 最大時 v=0、a 最大且反向(指向平衡位置)。旋轉參考圓上投影點給出位移,相位關係一目了然。

核心知識點

典型例題

彈簧振子 k = 100 N/m、m = 0.25 kg、振幅 A = 0.10 m,求周期 T 與最大加速度 a_max。

解析:ω = √(k/m) = √(100/0.25) = √400 = 20 rad/s;T = 2π/ω = 2π/20 ≈ 0.314 s;a_max = ω²A = 400 × 0.10 = 40 m/s²。

答:T ≈ 0.314 s,a_max = 40 m/s²。

該振子的總機械能是多少?

解析:E = ½kA² = 0.5 × 100 × (0.10)² = 50 × 0.01 = 0.50 J。

答:E = 0.50 J。