单摆周期公式推导 (单摆周期公式推导大学)

如何推导单摆周期计算公式

采用牛顿第二定律推导：

如下图，摆长为l,重物受力为：重力mg和绳子的张力T。取如图所示的二维坐标系，张力T可以分解为垂直和水平方向的二个力。L与垂线的夹角为θ。

F=ma，可以列出重物在x和y二个方向上的运动方程：

这二个微分方程相当难解，所以只能采用一种“小角度近似”的方法进行处理，

解的物理意义很明确，A是最大振幅，ω是角速度，φ是初相角（视初始条件而定）。

扩展资料：

科学是严谨的，在此补充在任意角度下单摆的周期公式。在此之前先提出两个概念（这里用Mathematica的定义）：

第一类不完全椭圆积分：

第一类完全椭圆积分：

下面用微分方程进行讨论，设摆长为l,摆线与竖直方向的夹角为θ，那么单摆的运动公式为：

令，于是有

上式改写成：

这是一个可分离变量的微分方程！分离变量：

其通解为：

给定初始条件（0≤α≤π），，则其特解为：

所以考虑t（t是四分之一周期）：

设，则

又考虑到

便可以化简得到

按照前面的定义，便有

此处的α就是常说的摆角。

参考资料：百度百科-单摆

单摆周期公式推导是什么？

单摆周期公式推导如下：

用一根绝对挠性且长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点，在重力作用下在铅垂平面内作周期运动，就成为单摆。单摆在摆角小于5°（现在一般认为是小于10°）的条件下振动时，可近似认为是简谐运动。单摆运动的周期公式：T=2π√(L/g).其中L指摆长，g是当地重力加速度。

单摆应用：

当单摆周期T=2s时，由公式推导，摆长大约为1m，这种情况的单摆叫做秒摆。秒摆常见于摆钟上。

注意：在当前高中阶段，一般研究摆角小于10°的情况（即近似看做简谐运动），且高中阶段教材中仅涉及在实验中推测公式，不涉及单摆周期公式的推导（因为需要涉及到高等数学）。