摆的结构

摆的基本组成部分是摆锤、摆杆、挂摆装置和周期调节装置等。图3-30为一普通摆钟的摆的结构组成。为了减小机构所占体积，采用了轻摆杆带重摆锤的结构。摆锤的材料一般用相对密度较大的金属材料制成。摆锤的形状有多种，为了减少摆动时的空气阻力，往往做成凸镜形。摆杆是细长的杆，为了减少温度变化对振动周期的影响，应当用线胀系数较小的材料制成。在精密摆钟中用铟钢，而普通摆钟则往往用线胀系数较小的木材制成。簧片式挂摆装置是目前应用最广的挂摆装置，它由簧片夹、簧片压板和弹簧片所组成。簧片压板用螺钉固定在夹板上，而簧片夹上的簧片销子是用来悬挂摆杆的。钟摆的簧片用弹簧钢制成，其厚度一般为0.05~0.2mm，宽度和长度为2~10mm。采用簧片式挂摆装置可以大大地减少支承点的摩擦和磨损。摆杆的下面为调节振动周期用的调整螺母、转动螺母可以改变摆锤重心到簧片的距离，从而改变摆的振动周期。

第七节摆的振动工作原理与振动周期

一、数学摆

数学摆又称单摆，是一个理想化的摆。它由一个质量为m的小球，悬挂于刚性杆的一端而构成。理想化的摆是假设小球的质量集中于球心，刚性杆无重量，杆a的另一端悬于不动点O，.小球的球心至悬点O的长度为l，称为摆长。数学摆的振动示意图如图3-32所示，OB为铅垂线即摆的平衡位置，OA为左振幅位置，OC为右振幅位置，φ为振幅，当施加一个外力使摆（小球）离开平衡位置到达左振幅位置OA时，小球速度为0，而重力距为mglsingo，并且，重力矩的方向总是指向铅垂线（即平衡位置）。若此时放开小球，则小球在重力矩作用下向平衡位置OB运动。在运动过程中，小球重力矩渐渐减小，而小球的运动速度逐渐增加，至平衡位置OB（铅垂线），小球重力矩为0，速度达最大值。此时，小球在惯性作用下并不停止运动，而是越过平衡位置继续向右运动。同时，小球受到相反方向的、逐渐增加的重力矩作用，使运动速度下降，直至右振幅位置，小球运动速度为零，重力矩达最大值。此后，小球将再度在重力矩作用下向平衡位置（OB）运动，若无支承摩擦、空气阻力等影响，小球将绕O点往复振动不息。
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