振動の問題
天井の一点Oから質量の無視できるバネ(自然長l0,ばね定数k)が吊り下げられていて、バネのもう一端Pに長さ2a,質量Mの一端がとりつけられている。Oを原点として水平方向にx軸、鉛直下向きにy軸をとる。この合成系が重力の元で平面振動している。ばねと棒がy軸となすかくをそれぞれφ、θとするとき以下の問に答えよ。
(問)棒の運動方程式を求め、合成系のつりあいの位置を求めた後、そのつりあいの周りの微小振動に対する基準振動の振動数を求め、対応する基準振動はどのようなものか説明せよ
一応、途中までやってみたんですが(自信はないです)
棒の重心の運動方程式は,Fをばねから受ける力とすると
x成分: Mx''=-F*sinφ・・・(1)
y成分: My''=Mg-F*cosφ・・・(2)
重心のまわりの回転 :I*θ''=-F*a*sin(θ-φ)・・・(3)
(Iは慣性モーメント)
つりあいの位置は,(1)=0より、φ=0、(2)よりF=Mg,(3)よりθ=0,以上より、θ=φ=0、棒の重心の座標(0,l0+Mg/k+a)。
この後、つりあいの位置の周りの微小振動の基準振動を求めたいのですが、よくわかりません。
バネが伸び縮みするので、どのように手をつけていいのか余計にわからなくなっています。
よろしくお願いします。