大摆角单摆“周期”变化的解析解及其实验应用

大摆角单摆实验由于忽略空气阻尼带来周期测量的系统误差.基于弱阻尼大摆角单摆的运动方程,推导了累计"周期"随摆次变化的解析公式,分析了"周期"随摆次减小的基本规律.结合实验数据分析,验证了将其用于大摆角单摆实验进行系统误差修正,从而通过累计测量减小随机误差的可行性.     

基于MATLAB下对单摆实验中大摆角问题的讨论

借助MATLAB计算软件,研究无阻尼状态下单摆的大摆角运动,给出了任意摆角下单摆运动周期的精确解。同时利用MATLAB函数库中的ode45函数,求解出大摆角下的单摆的运动方程及其运动规律,为单摆实验中大摆角问题的讲解提供了较好的教学辅助手段。     

利用智能手机磁传感器研究单摆运动

本文基于Phyphox手机App,利用智能手机中的磁传感器(电子罗盘)研究磁性单摆运动.结果表明,不同最大摆角测量出来的磁感应强度随时间变化规律不同.只有最大摆角小于1°时,单摆才可看作简谐振动.不同最大摆角的磁感应强度随时间变化曲线可以用磁偶极子模型结合大角度单摆公式来描述.利用磁传感器测量的当地重力加速度为9.868m/s²,由于磁性摆空气阻尼较小,测得的实验误差仅为0.8%.     

基于视频图像处理的单摆振动特性研究

针对目前单摆振动特性研究方法的不足,基于视频图像处理技术,提出了一种实验测量与数值计算相结合的方法来研究单摆的振动特性。该方法能计算出单摆摆长、位移、周期和最大摆角。绘制了单摆在几种任意摆角运动下的位移时间曲线,分析讨论了单摆周期随摆角的变化规律。与传统研究方法相比,该方法简单直观且计算精度高。     

巧用智能手机拓展单摆实验

将智能手机运用在"非常规"条件下的单摆实验中,利用手机中的光线传感器,分别设计了单摆阻尼运动实验和测小摆长、大摆角时的重力加速度实验,拓展了常规单摆实验的内容.     

基于不确定度理论的大摆角单摆平均“周期”测量的最佳累计次数研究

由于空气阻尼的作用,测量大摆角单摆“周期”时,测量累计次数增加造成平均“周期”不断减小,在无阻尼实验设定下,系统误差随之增大而随机误差却因此减小.基于弱阻尼大摆角单摆的运动方程与“周期”计算公式,通过数值计算不同摆长与摆角下使不确定度最小的最佳累计摆动次数,发现如果进行单次测量,采用秒表测量时最佳累计摆动次数往往需要大于20次,采用光电门测量时,在不同的摆长和摆角下,测量次数往往也不止1次;而如果采用多次测量,则可以显著减小每次测量所需要的最佳累计摆动次数.采用计算所得最佳摆动次数测量可以将周期测量的不确定度减小到A类不确定度的√2倍.     

单摆周期的测量误差与最大摆角的关系

对于单摆的周期,用周期公式算出的理论值T_0与实验测定值T之间的误差,随摆角增大而增大,最大摆角一般应小于5°.为了全面了解单摆周期误差随摆角增大而增大的情况,必须深入探讨周期与最大摆角的关系.     

用局部常化三倍角公式研究单摆周期

应用局部常化方法对三倍角公式进行局部常化处理,对一类非线性动力学方程进行了一种简洁的近似修正,得到精确度较高的大摆角单摆运动周期的两个新结论,同时用此结论推导出一个简洁的推论,并且用3种方法进行了具体比较.     

单摆非线性振动的计算机辅助测量

介绍了用计算机辅助测量单摆非线性振动的实验方法,给出了非线性区单摆的振幅和周期和测量结果。     

求大摆角单摆周期近似解的"局部常化"方法

建构“局部常化”的近似处理方法,对一类非线性动力学方程进行了一种简洁的近似修正,得到大摆角单摆运动周期的一个新结论,并且给出了精确度很高的三个推论,同时得到了第一类完全椭圆积分的一种简洁的近似公式．     

两个新的单摆周期公式

本文提出两个新的单摆周期公式与原有公式相比，它们都具有简单实用的优点．其中第二个新公式，还以简洁的方式表明了单摆周期与最大摆角间的函数关系，具有一定的理论价值．     

基于P A S CO系统的单摆相图研究

利用PASCO系统测量单摆角位置-角速度运动状态相图,通过相图法研究该系统所包含的力学线性和非线性运动行为.     

用单摆测定重力加速度实验中的几点探讨

探讨了单摆测定重力加速度实验的几点误区:摆角与偏角,夹角足够小的条件,振动次数的统计,摆长测量.     

“用单摆测重力加速度”实验教具优化研究

通过分析"用单摆测量重力加速度的大小"实验中摆长、摆角、摆线与摆球等因素对实验结果精度的影响,探讨了传统实验装置的不足,在此基础上设计并制作了可用于测量重力加速度的双线摆装置,并对装置的构成与应用进行了详细阐述.     

基于LabVIEW的单摆振动图像的探究实验

针对传统实验的不足,结合数据采集和虚拟仪器测量技术,开发了基于LabVIEW的单摆振动图像的探究实验装置,实现了单摆振动图像的绘制、单摆周期的测量和当地重力加速度的计算,直观地展示了单摆振动图像,提高了可视化效果和测量精度,降低操作难度,并将单摆振动图像演示实验和用单摆测定重力加速度实验进行了整合,提高了测量效率.     

摆角对单摆周期的影响

1引言利用单摆周期公式T=2π测量重力加速度的实验中,要求摆角小于5°以减小误差．但是摆角的大小对单摆周期到底有什么影响?下面用能量守恒的方法来研究在保守力的作用下自由单摆(忽略阻力)的周期．     

用单摆测重力加速度实验中单摆周期的测定

对用单摆测重力加速度实验中单摆周期的测定进行了研究,给出了一种基于电子秒表的自动测量单摆周期的可靠装置,改进了传统单摆周期测量的不足,提高了测量单摆周期的精度.     

弱阻尼非线性单摆的周期研究

用平均法研究了弱阻尼条件下非线性单摆的振动,得到周期比随角振幅和阻尼常量变化的表达式.     

三线摆的运动方程、周期及角位置概率分布

基于保守系统拉格朗日方程给出三线摆在大摆角运动时的微分方程,以及小摆角线性振动近似处理方法,在考虑三线摆的结构尺寸取相应近似条件下,讨论了三线摆在大摆角和小摆角两种不同情况下的运动微分方程、周期及角位置概率密度分布情况及其在实验中的应用.     

物理摆系统大摆角运动的阻尼研究

本文从理论和实验探究了物理摆在大摆角情况下的非线性动力过程,考虑摩擦阻力和空气阻力的影响,研究了不同初始摆角和不同配重的物理摆的摆角和机械能随时间的衰减过程,对比数值模拟结果,给出了本物理摆系统转轴的摩擦系数为0.025,空气阻力系数为0.68.研究结果将为轴承或铰链等类物理摆结构的动力学建模问题提供参考.