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基于Working Model的另类圆锥摆问题仿真

 豫见物理 2022-10-01 发布于河南

1 引言

近日,笔者看到有网友在探讨另类圆锥摆的问题,大家试图从动力学的角度进行分析求解,好不热闹。有的教师认为正确选项为B,其实正确选项应该为D。

2 试题

3 分析

如果选择旋转参考系,引入惯性离心力,可得两球的重力是相等的,但是惯性离心力不相等,末端小球的惯性离心力偏大,因此末端小球会发生外飘现象。

也可以用反证法论证。如果两球的惯性离心力相等,两个小球就好像处于水平风场当中,受到的风力相等,细线的倾斜角相等,两球与悬挂点将会在一条直线上。由于末端小球的惯性离心力偏大,所以末端小球会发生外飘现象。

4 基于Work Model的仿真

在Working Model中创建符合题意的力学结构模型,创设旋转角速度变量,为两个小球分别施加符合离心力规律的作用力,为两个小球预设较小的水平初速度,再设置空气阻力,使振动系统迅速保持稳定。

运行程序,可以发现两个小球逐渐向外移动,并最终保持稳定,末端小球处于外飘状态。

仿真结果与理论分析结果完全吻合。

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