
简谐运动是指物体在弹性力作用下围绕平衡位置做匀速往复运动,其速度与时间的关系可表示为v=Aωcos(ωt+φ),其中v为速度,A为振幅,ω为角频率,t为时间,φ为初相位。
我们先写出它的受力公式: F=-KX (F为回复力,X为位移),把它改写为ma+KX=0,注意到a是X的二阶导数,上式又可写为mx''+kx=0,即x''+(K/m)x=0, 另ω^2=k/m,得到最终表达式为x''+(ω^2)x=0
这就是所有简谐运动要满足的微分方程(ω只跟系统本身有关),这个微分方程并不难解,关键是注意到三角函数求导的不变性,解出来得x=Asin(ωx+ψ),然后在求导即可得速度v=-Acos(ωx+ψ)