选考题二
一质量为m,长度为L,横截面积为S的木棒,竖直置于足够深的水中静止,然后用手缓慢将木棒顶部压向水面,放开木棒,水的密度为ρ。试:(已知固有周期为T=2π)
36.证明木棒在放手后所做的是简谐运动(不考虑水的粘滞阻力)
37.设振动在水面上形成的波的波长为λ,求水面波传播的速度为多大?
证明见解析
对m受力分析,开始时静止,由∑F=0得:
mg-ρgSx0=0
用手下压x距离,则m所受合力为:
F=mg-ρgS(x0+x)=-ρgSx
令k=ρgS
所以有:F=-kx
即物体所受合外力与位移成正比,方向与位移方向相反,所以物体做的是简谐运动.
简谐运动
做简谐运动的物体所受合外力与位移成正比,方向与位移方向相反。对m进行受力分析,写出不同情况下的受力方程,得出F与x的关系,比较简谐运动的表达式即可证明。
关键是对木棒静止状态列出平衡方程与下压一段后的状态表示出合力,根据简谐振动定义列式证明.
根据固有周期公式
波长、频率和波速的关系
根据简谐波波长、波速与周期的关系式,结合已知条件求解.
本题关键根据固有周期公式