,且在下列情境中,均不计空气阻力。
的轻质弹簧上端固定,下端连一可视为质点的小物块,若以小物块的平衡位置为坐标原点
,以竖直向下为正方向建立坐标轴
,如图所示,用
表示小物块由平衡位置向下发生的位移。求小物块的合力
与
的关系式,并据此说明小物块的运动是否为简谐运动;
时系统总势能
的表达式。
最够小,可认为是简写运动。其平衡位置记为
点。若已知摆球的质量为
,摆长为
,在偏角很小时,摆球对于
点的位移
的大小与
角对应的弧长、弦长都近似相等,即近似满足:
。请推导得出小球在任意位置处的回复力与位移的比例常数
的表达式。