32755

Уравнение затухающих колебаний и его решение. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Добротность

Доклад

Физика

Уравнение затухающих колебаний и его решение. Закон затухания колебаний определяется свойствами колебательных систем. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний линейной системы где s колеблющаяся величина описывающая тот или иной физический процесс δ = const коэффициент затухания ω0 циклическая частота свободных незатухающих колебаний той же колебательной системы т.1 в случае малых затуханий где Период затухающих колебаний с учетом формулы 7.

Русский

2013-09-05

92.5 KB

71 чел.

30.Уравнение затухающих колебаний и его решение. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Добротность.

Затухающие колебания — колебания, амплитуды которых из-за потерь энергии реальной колебательной системой с течением времени уменьшаются.

Закон затухания колебаний определяется свойствами колебательных систем. Обычно рассматривают линейные системы — идеализированные реальные системы, в которых параметры, определяющие физические свойства системы, в ходе процесса не изменяется. Различные по своей природе линейные системы описываются идентичными линейными дифференциальными уравнениями.

Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний линейной системы

где s — колеблющаяся величина, описывающая тот или иной физический процесс, δ = const — коэффициент затухания, (ω0 — циклическая частота свободных незатухающих колебаний той же колебательной системы, т. е. при δ =0 (при отсутствии потерь энергии) называется собственной частотой колебательной системы. Решение уравнения рассмотрим в виде

(7.1) где u=u(t).

После нахождения первой и второй производных и их подстановки в (1) получим

Решение уравнения зависит от знака коэффициента перед искомой величиной. Пусть этот коэффициент положителен:

(7.2)

Тогда получим уравнение решением, которого является функция u=A0cos(ωt+φ). Значит, решение уравнения (7.1) в случае малых затуханий

где

Период затухающих колебаний с учетом формулы (7.2) равен

Если A(t) и A(t+Т) — амплитуды двух последовательных колебаний, соответствующих моментам времени, отличающимся на период, то отношение

называется декрементом затухания, а его логарифм

— логарифмическим декрементом затухания; Ne — число колебаний, совершаемых во время уменьшения амплитуды в е раз. Логарифмический декремент затухания — постоянная для данной колебательной системы величина.

Для характеристики колебательной системы пользуются понятием добротности, которая при малых значениях логарифмического декремента равна

Из формулы следует, что добротность пропорциональна числу колебаний Nе, совершаемых системой за время релаксации.

Для пружинного маятника массой m, совершающего малые колебания под действием упругой силы F=-kx, сила трения пропорциональна скорости, т. е.

где r — коэффициент сопротивления; знак минус указывает на противоположные направления силы трения и скорости.

При данных условиях закон движения маятника будет иметь вид

Используя формулу и принимая, что коэффициент затухания получим дифференциальное уравнение затухающих колебаний маятника:

Колебания маятника подчиняются закону

где частота 

Коэффициент затухания. Коэффициент d, определяющий быстроту изменения амплитуды, называется коэффициентом затухания. Если промежуток времени Dt = 1/d, то А0/А = е. Отсюда вытекает физический смысл коэффициента затухания: 

величина 1/d, равна промежутку времени, по истечении которого амплитуда колебаний уменьшается в е = 2.73 раз.

Добротность пружинного маятника

При увеличении коэффициента затухания δ период затухающих колебаний растет и при δ = ω0 обращается в бесконечность, т. е. движение перестает быть периодическим. В данном случае колеблющаяся величина асимптотически приближается к нулю, когда t→∞. Процесс не будет колебательным. Он называется апериодическим.

Логарифмический декремент затухания - безразмерная характеристика затухающих колебаний, измеряемая натуральным логарифмом отношения двух последовательных максимальных отклонений колеблющейся величины в одну и ту же сторону.

Добротность — характеристика колебательной системы, определяющая остроту резонанса и показывающая, во сколько раз запасы энергии в реактивных элементах контура больше, чем потери энергии на активных элементах за один период колебаний.

Добротность обратно пропорциональна скорости затухания собственных колебаний в системе. То есть, чем выше добротность колебательной системы, тем меньше потери энергии в течение каждого периода. Колебания в системе с высокой добротностью затухают медленно.

Общая формула для добротности любой колебательной системы:

,

где:

f — частота колебаний

W — энергия, запасённая в колебательной системе

Pd — рассеиваемая мощность.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78678. Среднее и крупное предпринимательство 30.5 KB
  Формы взаимодействия малого среднего и крупного бизнеса в рамках сетевой экономики В современной развитой рыночной экономике малый бизнес оказывается подчинен крупному бизнесу через систему подрядов и субподрядов. Крупному бизнесу как правило обеспечивает гарантию возврата кредита и обеспечивает устойчивые долгосрочные отношения с подрядчиком или субподрядчиком . С помощью франчайзинга малый бизнес получает возможность стабилизировать внешнюю среду обеспечить конкурентные преимущества. Крупный бизнес расширяет сферу контроля над рынком и...
78679. Критерии выделения малого бизнеса в России 28.5 KB
  В реальный сектор экономики входят как отрасли материального производства так и сфера производства нематериальных форм богатства и услуг. В результате научнотехнической революции и роста производительности труда резко изменилось соотношение в нем между отраслями материального производства и сферой услуг. В индустриально развитых странах доля занятых в сфере услуг почти в два раза превышает эту долю в отраслях материального производства составляя более двух третей общей численности занятых. Информатизация экономики порождая дальнейшие...
78680. ПРИНЦИПЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ 3.47 MB
  Сегодня в крупных городах мира, и в том числе в г. Москве, все сильнее назревает проблема дефицита территории, отводимой под застройку. Приоритетными градостроительными направлениями становятся высотное и подземное строительство.
78681. СВОЕВОЛИЕ И СМИРЕНИЕ КАК МОТИВЫ ТВОРЧЕСКИХ ИНТУИЦИЙ 904.5 KB
  Актуальность темы заявленной диссертации «Своеволие и смирение как мотивы творческих интуиций А.С. Пушкина» определяется положением дел в современной отечественной пушкинистике, которое обусловлено значительным пересмотром отношения к русской классической литературе, происходящим в наше время.
78682. Организационно-содержательное обеспечение процесса формирования готовности будущих педагогов физической культуры к учебно-воспитательной деятельности с трудными подростками 1.07 MB
  Готовность педагога физической культуры к результативной учебно-воспитательной деятельности с трудными детьми и подростками с учетом ее особенностей определяется реализацией системы профессиональной подготовки ориентированной на такую деятельность.
78683. КОРПОРАТИВНАЯ ОТЧЁТНОСТЬ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ 1.63 MB
  Традиционный способ подготовки отчетности, а также содержание отчетности за последнее время стало подвергаться общественному недоверию в связи с рядом банкротств и финансовых скандалов. Это отрицательным образом сказалось на всех участниках, задействованных в рыночных отношениях.
78684. Комплексний історико-правовий аналіз інституту адвокатури в Україні 898 KB
  Інститут адвокатури у такому вигляді, як він існує в наш час, володіє рядом властивостей, які ми вважаємо самі по собі зрозумілими. Проте визнання суспільством ролі адвокатури як єдиного незалежного професійного правозахисного інституту, покликаного захищати права та свободи...
78685. НЕПОСРЕДСТВЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ СОЧЕТАННЫХ ОПЕРАЦИЙ ТРАНСМИОКАРДИАЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ РЕВАСКУЛЯРИЗАЦИИ И АОРТОКОРОНАРНОГО ШУНТИРОВАНИЯ У БОЛЬНЫХ ИБС 4.98 MB
  Они изучали теоретическую возможность поступления крови в миокард прямо из полости левого желудочка по специально созданным каналам. За основу принималась модель перфузии миокарда у рептилий, у которых система коронарных артерий отсутствует, а кровь доставляется из полости сердца в синусоиды.
78686. КАТАМНЕЗ ЛИЦ, УВОЛЕННЫХ ИЗ ВООРУЖЕННЫХ СИЛ С ПОГРАНИЧНЫМИ ПСИХИЧЕСКИМИ РАССТРОЙСТВАМИ 6.55 MB
  Для достижения цели были сформулированы следующие задачи: Изучить зависимость показателей катамнеза от клиники психических расстройств инициального периода болезни. Проанализировать динамику психического состояния и качество социальной адаптации военнослужащих с разной выраженностью...