简谐运动为什么是正余弦图像?怎么用理论推导?我不是想知道图像或投影的证明我想知道纯理论的证明我知道F=-kX 那么根据加

4个回答

  • 其实这个问题我并不推荐楼主思考,因为理论解释必然会用到数学,而楼主不一定能够懂了,况且,大学学理工专业的话这些东西都是会学到的.

    (有些方程比较复杂,我做成了图片并有编号,请点开下面的图片)

    现在我尝试着解释,楼主看着理解吧.

    首先,我们都应该知道严格的简谐运动定义,即回复力满足 F=-kx(x为位移,看为任意常量)

    由此出发,我们能够推出加速度a和位移的关系,也就是(1)式.

    又,我们还应知道,加速度其实就是速度的导数(变化率),而速度则是位移对时间的导数.也就是说,加速度是速度对时间的二阶导数,也就是(2)式.

    对(2)式稍作变形,得到了方程(3).在变形过程中,为了以后运算方便起见,我们又设定了个量ω(不然后来运算中会麻烦,而且你会知道,这个量有意义)

    不要对这个方程觉得奇怪,这是一个简单的微分方程,它是有解的,它的解是一个函数,即我们要找的位移-时间关系,也就是(4)式.这个式子中多了个量,是在解方程时由于不定积分而带上的常量,和振动的初始状态有关.如果这个量取半个周期,方程就能变成正弦.

    这就是简谐运动出现正、余弦图像的数学原因.

    从单位圆的角度来看,能够比较好的理解正、余弦函数为什么会长成图像的样子成因,但很难和简谐运动的定义联系起来.也就是说,单位圆上“没有回复力”,适合做辅助手段理解.