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周期性运动
  • 时间:2024-12-22

Introduction

关于物体运动的时间和位置所注意到的任何种类的运动或变化。然而,运动或运动可以发生在直线上,也可以在圆形路径内。如果说物体在直线或曲线上运动,那么这种运动被称为平移。另一方面,改变身体方向的运动被称为旋转运动。值得注意的是,这两种类型的运动都是在一般类型的例子中注意到的,例如弹跳球、摇椅等。

Definition and types of motion

Definition

相对于身体的运动可以定义为身体在一段时间内从一个地方到另一个地方的运动。需要注意的是,身体并不处于静止状态(Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu,2022)。

    简单地说,如果身体的位置随着时间的推移而改变,那么就说身体在运动或移动,例如,飞鸟、移动的火车、移动的汽车、行走的人群和士兵的行进。然而,据说它们是运动的,因为它们不断地随着时间改变位置,并且与静止的物体相对,如树、学校、电线杆或工厂


图1:身体经历的运动

Types of Motions

注意到以下几种类型的运动,

直线运动——据说发生在固定方向上的运动称为直线运动。

圆周运动-据说发生在圆形路径中的运动被称为圆周运动。

旋转运动-当身体在一个固定的轴内旋转或转动时,它被称为旋转运动。

周期性运动——在特定时间间隔内重复的运动被称为周期性运动


Figure 2: Types of Motion

What is Periodic motion?

周期性运动可以定义为身体在特定时间段内倾向于重复运动的运动。身体倾向于遵循相同的路径,从来回运动开始不断重复自己,或者可以在圆形路径中进行。需要注意的是,身体周期性运动所遵循的路径可以是线性的、复杂的、圆形的和椭圆形的。

A special case of Periodic motion


Figure 3: Simple Harmonic motion of a pendulum

周期运动的一个特例是简谐运动或SHM,这是哥白尼在其著作《旋转》中首次提到的。然而,Joseph Fourier首先发现了SHM的这一概念。具体而言,SHM是一种振荡运动,物体在固定的路径内移动,重复自身(Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu,2022)。此外,当一个物体在两个极值点内沿着直线运动时,可以说是SHM。

    例如,在摆锤的情况下,SHM现象是明显的。在给定的图3中,波波头用一根线从T点悬挂,它似乎沿着一条特定的路径接触两个极值点a和B。点O被称为静止平衡点。波波头倾向于从位置A移动到B,进行一次振动,然后从B到A重复该运动。

Causes of periodic motion

导致周期性运动的主要原因是惯性定律。惯性定律指出,除非力作用在物体上,否则物体将处于静止状态或以恒定速度沿直线运动(Selftution.com,2022)。

引力的影响是造成周期性运动的原因。周期性的原因也取决于导线的长度。

Examples of periodic motion

在我们的日常生活中,我们会经历几种周期性的运动,比如在摇椅上注意到的运动。弹球的运动,音叉的振动,地球围绕太阳的摆动和旋转中注意到的运动,水波的运动


Figure 4: Bouncing of a ball displaying periodic motion

在上图4中,显示了一个反弹的球,它显示了周期性的运动,这表明球在特定的时间间隔内改变了它的位置。然而,时钟内经历的运动也被认为是周期性的,因为时钟的指针似乎在特定的时间间隔后重复自己。

Basic properties of periodic motions

在周期运动现象中注意到的三个主要特征是速度、周期和振幅。速度可以定义为矢量,是位移概念相对于方向的变化率。弹球的例子和钟摆的摆锤都有速度。周期被定义为物体进行往复运动所花费的时间。在摆锤的情况下,球似乎进行来回的周期性运动(Oxscience.com,2022)。振幅被定义为极限点和静止点内的最大位移。然而,摆锤的振幅是从摆锤的静止点和末端经过的距离。

Understanding Restoring force

恢复力可以定义为作用在身体上使其达到平衡状态的力。恢复力需要与位移力相反地作用,位移力将支撑身体处于静止状态或静止位置。然而,力的大小取决于位移的概念。SHM也表现出恢复力的现象。需要注意的是,恢复力将与注意到的位移成比例,并且恢复力与物体的部分的方向相反。

Conclusion

运动是物理学领域中一个非常重要的现象,因为它定义了现实生活中公认的平稳和非平稳时刻。旋转运动和平移运动都记录在它们的运动中。人们注意到了四种类型的运动,其中周期性运动非常重要,因为它们决定了地球绕太阳的运动,摆动摆。然而,需要注意的是,周期性运动不可能总是振荡运动;振荡运动总是周期性的运动。

FAQs

Q1.周期运动的应用是什么

时钟是显示这种现象的最常见的设备之一。其他应用方式包括波动、灯光、音乐和声音。

Q2.频率的单位是多少

频率的单位被称为赫兹。

Q3.旋转运动的例子有哪些

旋转运动的例子有旋转木马、缝纫机、自行车等等。

Q4.什么是非重复运动

当身体不遵循任何特定的时间进行运动时,它被称为非重复运动。

参考

Websites

Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu,(2022),周期运动,检索自:http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu[检索日期:2022年6月7日]

Oxscience.com,(2022),物理学中的运动,检索自:https://oxscience.com[检索日期:2022年6月7日]

Practicely.com,(2022),运动与时间,检索自:https://www.practically.com[检索日期:2022年6月7日]

Selftution.com,(2022),《物理学中的运动类型及其示例》,检索自:https://selftution.com[检索日期:2022年6月7日]