结构推理
质量均为m、荷电均为e的两金属小球,用同样长度为l的、不可伸长的轻绝缘系在同一水平线上,两悬点相距为a。让两球在其平衡位置附近做小振动,求简正频率(设电场力比重力小得多)。
【正确答案】解:
其中
由
得
在势能函数中出现、的一次方项,是二阶微分方程中出现非齐次项的原因,而这种情况的产生是因为、不是平衡位置,平衡位置、是这个非齐次方程的一个特定的特解,它们满足下列代数方程:
由对称性可知, ,可解出
如取,二阶微分方程将是齐次的。不论用、还是用、作广义坐标,不仅简正频率相同,而且简正频率满足的特征方程也是相同的,特征方程为
其中
解出。
【答案解析】