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弹簧的弹跳

本课属于 Coddy Trigonometry 学习旅程的“三角函数的图像”单元。第 42 课,共 49 课。

挂在弹簧上的重物会围绕平衡位置上下振动。把它拉到平衡位置上方 3 cm 处再松手:它会下落,摆到平衡位置下方 3 cm 处,然后再升回来。如果一次振动需要 2 秒,那么忽略摩擦力后(摩擦力会使振动幅度逐渐减小),它在 t 秒后高于平衡位置的高度为

y=3cos⁡(π⋅t)y = 3\cos\left(\pi\cdot t\right)

这个模型使用弧度:角度必须在 2 秒的一个周期内转过 2π,因此 b = 2π ÷ 2 = π。它从最高点开始,所以这是一个 a 为正数的余弦函数。如果从平衡位置下方释放,它会从最低点开始:此时 a 为负数。

弹簧模型在 4 秒内的变化:振幅为 3、周期为 2 的余弦波

相对于静止位置的高度(单位:厘米)随时间(单位:秒)的变化。

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挑战

将一个配重向下拉离平衡位置 4 cm,然后松手。它每秒弹动一次。忽略摩擦力,将它高于平衡位置的高度写成 y=a⋅cos⁡(b⋅t)y = a\cdot \cos\left(b\cdot t\right),其中 b 是 π 的倍数,写成 3πt 这样的形式。按下“检查”。

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这节课包含一个小测验。开始学习即可作答,并记录你的进度。

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