图8
摆球在振动过程,其受重力和绳子拉力。与单摆的理想模型对比,该单摆不是在惯性参考系中振动的,其振动周期不能再用直接计算了。根据广义相对性原理和等效原理,“一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的”。我们可以把以加速度a向上加速运动的电梯等效为一个重力加速度为的惯性参考系来分析。因此,该单摆的周期可用来计算。
例4:如图9所示,一电梯以加速度a竖直向上运动,其顶部悬挂一摆长为L的单摆在竖直平面内做简谐振动。则( )
图9
A. 小球做简谐运动的周期为
B. 小球做简谐运动的周期为
C. 小球做简谐运动的周期为
D. 当电梯停止运动时,单摆的周期要变大。
答案:BD
解析:以加速度a向上加速运动的电梯不是惯性参考系,不能用单摆周期公式直接求周期,因此,A错误;可把加速的电梯等效为一个惯性参考系时,其内的重力加速度为,所以,,因此,B正确 ;当电梯停止运动时,单摆振动周期为 ,可见,其振动周期变大,因此,D正确。
训练园地:
1.如图10所示,摆长为l的单摆放在倾角为θ的光滑固定斜面上,则摆球在斜面所在的平面内做小摆角振动时的周期为( )
图10
A.
B.
C.
D.以上答案都不对
答案 C
2.如图11所示,带电小球A固定,再其下用长为L的绝缘丝线悬挂一个带电小球B,当小球B做简谐运动时,则( )
图11
A. 小球做简谐运动的周期等于
B. 小球做简谐运动的周期大于
C. 小球做简谐运动的周期小于
D. 不知道小球带电量大小,没法确定小球振动周期。
答案:A
3. 如图12所示,用长为L的绝缘细丝线悬吊着的带电量为 q的小球m,在竖水平向右的匀强电场E中做简谐运动,则( )