74775

Вынужденные колебания. Уравнение, характеристики. Резонанс. Примеры

Доклад

Физика

Колебания, совершающиеся под воздействием внешней периодической силы, Внешняя сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к колебательной системе. Она не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения.

Русский

2015-01-05

58.96 KB

0 чел.

15.Вынужденные колебания. Уравнение, характеристики. Резонанс. Примеры

вынужденными -Колебания, совершающиеся под воздействием внешней периодической силы,Внешняя сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к колебательной системе. Она не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения.Установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешней силы.

Рассмотрим в качестве примера вынужденные колебания тела на пружине (рис. 2.5.1). Внешняя сила приложена к свободному концу пружины. Она заставляет свободный (левый на рис. 2.5.1) конец пружины перемещаться по закону

y = ym cos ωt.

где ym – амплитуда колебаний, ω – круговая частота.Такой закон перемещения можно обеспечить с помощью шатунного механизма, не показанного на рис. 2.5.1.

Если левый конец пружины смещен на расстояние y, а правый – на расстояние x от их первоначального положения, когда пружина была недеформирована, то удлинение пружины Δl равно:

Δl = x – y = x – ym cos ωt.

Второй закон Ньютона для тела массой m:

ma = –k(x – y) = –kx + kym cos ωt.

В этом уравнении сила, действующая на тело, представлена в виде двух слагаемых. Первое слагаемое в правой части – это упругая сила, стремящаяся возвратить тело в положение равновесия (x = 0). Второе слагаемое – внешнее периодическое воздействие на тело. Это слагаемое и называют вынуждающей силой.

Уравнению, выражающему второй закон Ньютона для тела на пружине при наличии внешнего периодического воздействия, можно придать строгую математическую форму, если учесть связь между ускорением тела и его координатой: Тогда уравнение вынужденных колебаний запишется в виде

где – собственная круговая частота свободных колебаний, ω – циклическая частота вынуждающей силы. В случае вынужденных колебаний груза на пружине (рис. 2.5.1) величина A определяется выражением:

Уравнение (**) не учитывает действия сил трения. В отличие от уравнения свободных колебаний (*) (см. §2.2) уравнение вынужденных колебаний (**) содержит две частоты – частоту ω0 свободных колебаний и частоту ω вынуждающей силы.

Установившиеся вынужденные колебания груза на пружине происходят на частоте внешнего воздействия по закону x(t) = xmcos (ωt + θ).

Если частота ω внешней силы приближается к собственной частоте ω0, возникает резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний. Это явление называется резонансом. Зависимость амплитуды xm вынужденных колебаний от частоты ω вынуждающей силы называется резонансной характеристикой или резонансной кривой


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25818. Характеристика голоса (сила, высота, тембр) 15.02 KB
  Основные характеристики голоса 1.Сила голоса. Обеспечивается сила голоса силой выдоха.
25819. Теории голосообразования: милоэлаксическая, нейрохронаксическая 14.58 KB
  Основная суть образование голоса фонация происходит на фазе выдоха при участии воздушной струи и голосовых складок. При этом колебание голосовых складок происходит пассивно под действием воздуха. При поражении иннервации речевого аппарата происходит нарушение речи и голосообразования.
25820. Заболевания наружного носа и носовой полости: Атрезии 24 KB
  Заболевания наружного носа и носовой полости: Атрезии. Врожденные аномалии наружного носа в виде полного его отсутствия расщепления кончика носа двойного носа и пр. встречаются крайне редко и не имеют такого практического значения как врожденные и приобретенные изменения в полости носа ведущие к нарушению проходимости носовой полости для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Сужение и зарастание полости носа.
25821. Травмы. Искривления носовой перегородки. Инородные тела носа 15.29 KB
  Инородные тела носа. У 80 людей перегородка носа может быть незначительно деформирована. Искривлённая перегородка носа обычно приводит к затруднению дыхания. Чаще всего причина искривления перегородки носа – травмы.
25822. Острый и хронический ринит. Связь заболевания носа и среднего уха 14.78 KB
  Связь заболевания носа и среднего уха. Рини́т насморк синдром воспаления слизистой оболочки носа. Острый ринит возникает как следствие воздействия на слизистую оболочку полости носа вирусной или бактериальной инфекции. Поражение распространяется на обе половины носа.
25823. Полипы носа 14.67 KB
  Полипы носа. Назальные полипы обычно делят на антрохоанальные полипы и этмоидальные полипы. Несмотря на их удаление во время хирургического вмешательства назальные полипы возникают повторно примерно в 70 случаев. Она может быть проведена под общей или местной анестезией полипы удаляют при помощи эндоскопической хирургии.
25824. Заболевания полости рта. Дефекты губ и нёба 16.78 KB
  Дефекты губ и нёба. Аномалии твёрдого нёба: слишком высокое и узкое – готическое плоское и низкое расщелины твёрдого нёба. Расще́лина нёба разрыв расщелина в средней части нёба возникающая вследствие не заращения двух половин нёба в период эмбрионального развития. Может быть поражена лишь часть нёба например только мягкое нёбо или язычок нёба или же расщелина может проходить по всей длине сочетаясь с билатеральными расщелинами в передней части верхней челюсти; нередко такие дети рождаются с расщелиной губы.
25825. Дефекты языка 13.97 KB
  Дефекты языка. К аномалиям развития языка относится прежде всего полное его отсутствие или аглоссия; недоразвитие языка микроглоссия или ненормально большой язык макроглоссия. Сравнительно частым дефектом развития является врождённое укорочение уздечки языка. При этом дефекте движения языка могут быть затруднены т.
25826. Дефекты челюстей и зубов. Прикусы: нормальный и патологический. Аномалии прикуса 15.92 KB
  Дефекты челюстей и зубов. Неправильное звукопроизношение особенно у детей вызывается различными дефектами строения челюстей которые ведут к аномалиям прикуса: – прогнатией – когда верхняя челюсть сильно выдается вперед; – прогенией – когда нижняя челюсть выступает вперед; – открытым передним прикусом – когда между верхними и нижними зубами при их смыкании остается промежуток; – боковым прикусом – когда при смыкании боковых зубов остаётся промежуток. Диастема аномалия положения зубов; чрезмерно широкий промежуток между резцами верхней...