简谐运动

简谐运动是一种最基本的周期振动模型

当物体在进行简谐运动时,其所受力的大小与位移的大小成正比

其中为弹簧的劲度系数,为偏离平衡位置的位移

简写运动中的“简”,是简单的意思。而“谐”指的是谐波。也就是一种遵循正弦(或余弦函数)规律的周期波形。此波形

现在请你基于上述力学模型,给出描述简谐运动的位移-时间函数,即运动方程.

根据牛顿第二定律力,运动物体的加速度总跟物体所受合力的大小成正比,即:

又因为所受合力满足胡克定律,则

此式子反映出,物体在做简谐运动时,偏离平衡位置越远,指向平衡位置的加速度越大。

换言之,系统通过这种自我调节机制,始终趋向稳定状态

整理后,可得到一个二阶线性微分方程

其特征方程和特征根为:

则其通解为:

,则其通解也可表示为:

下面假设时,箱子的位置为,

则根据可得

然后再假设时刻的速度为,可得

求出后,可以得到运动方程

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