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振动的原理是什么?

振动的原理是什么?

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振动的原理是什么?

振动就是物体的往复运动。  在高中物理,可以定量研究(可以用公式法、作图法、列表法给出确定数值)的,只有四种最简单的运动:匀变速直线运动、匀速圆周运动、抛体运动和简谐振动。  复杂的运动,可以依托这四种运动,进行定性研究。  如果硬要定量研究复杂的运动,也是依托这四种运动,作近似研究的。  这四种最简单的运动中,匀变速直线运动和抛体运动是"一去不复返"的运动,运动状态(位置、速度)与时间的关系是拓朴(一一对应)的、不可重复的。  匀速圆周运动和简谐振动,站在长时间的角度看(或者说"宏观地看"),是周期性的、不断重复的。站在一个周期的时间内看(或者说"微观地看"),是拓朴的、不可重复的。因此,后两种运动,比前两种运动,复杂得多。  简谐振动可以看作匀速圆周运动沿正交(就是互相垂直)的两个方向进行分解(就是投影),其中任意一个方向的运动,都是简谐振动。由此可知,简谐振动比匀速圆周运动复杂得多。  抛体运动则可以分解为:正交的一个匀速直线运动和另一个匀变速直线运动,所以,抛体运动比匀变速直线运动复杂得多。  在匀速圆周运动作正交分解的过程中,原来大小不变的向心力,变成大小和方向都作周期性变化的回复力。简谐振动已经够复杂了。所以,振动就定量研究到简谐振动为止。  然而,通常我们遇到的振动的微观情况,都要比简谐振动复杂得多。所以,研究简谐振动过渡到研究振动、热振动等,需要洞察力、想象力和抽象思维、逻辑推理等能力。  简谐振动的特点是:1,有一个平衡位置(机械能耗尽之后,振子应该静止的唯一位置)。2,有一个大小和方向都作周期性变化的回复力的作用。3,频率单一、振幅不变。  振子就是对振动物体的抽象:忽略物体的形状和大小,用质点代替物体进行研究。这个代替振动物体的质点,就叫做振子。  振子在某一时刻所处的位置,用位移x表示。位移x就是以平衡位置为参照物(基点――基准点),得到的"振子在某一时刻所处的位置"的距离和方向。  我们对匀变速直线运动和抛体运动进行研究时,基准点选择在运动的始点。我们对匀速圆周运动和简谐振动研究时,基准点选择在圆心或平衡位置(不动的点)。  参照物本来就应该是在研究过程中保持静止(或假定为静止)的点,我们的物理思路,就是"从确定的量、不变的量出发进行研究"。  确定的量和不变的量有本质的区别,在对匀变速直线运动和抛体运动进行研究时,基准点选择在运动的始点。这是确定的量,却不一定是不变的量。特别在我们进行分段研究时,每一阶段的终点,就是下一阶段的始点。我们选择运动的始点为基准点,可以简化研究过程,这是服从于物理研究的"化繁为简"的原则,因此,不惜在不同的研究阶段,选择不同的基准点。  在研究匀速圆周运动和简谐振动时,由于宏观上的周期性和微观上的拓朴性,问题很复杂,所以不能选运动的始点,作基准点进行研究,而要选择确定而且不变的圆心或者平衡位置,作基准点进行研究,也是服从于物理研究的"化繁为简"的原则。