安徽大学大学物理第八章 振动学基础.ppt

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令 代入上式,得 仍然是简谐运动 2.旋转矢量法 由图可知 根据平行四边形法则得 仍然是简谐运动 相互加强 相互削弱 例 如图 x T t 例 求如图两个简谐运动的合振动的表达式. x 解: 由振动曲线可知两个分振动的频率都是 由旋转矢量图可知合振动的振幅及初相分别为 所以合振动为 设有N个独立的同方向同频率的简谐运动,其运动表达式分别表示为 二、N 个同方向同频率简谐运动的合成 . . . 合振动仍然是简谐运动 所以合振动为 振幅最大 振幅极小 设有两个同方向不同频率的简谐运动 三、同方向不同频率简谐运动的合成 拍 合振动 合振动不再是简谐运动 考虑特殊情况 合振动可以视为振幅变化的简谐运动. 振幅 角频率 频率较大而频率之差很小的两个同方向简谐运动的合成, 其合振动的振幅周期性变化的现象叫拍. 合振幅变化的频率叫做拍频. 本章作业 习题:8-11,8-16 要求:独立完成,和下一章作业一起交。 为阻尼系数 定义:振动系统在回复力和阻尼力共同作用下发生的减幅振动称为阻尼振动(damped vibration)。 在物体速度较小时,阻尼力 的大小与速率成正比,方向与速度相反。 O x x 8-3 阻尼振动* ? 称为阻尼(damping)因子 动力学方程: 微分方程的特征方程为: 1. 小阻尼情况:阻力很小 方程解: 周期: 阻尼较小时,振动为减幅振动,振幅随时间按指数规律 迅速减少。阻尼越大,减幅越迅速。振动周期大于自由振动周期。 结论: 2. 过阻尼(overdamping)情况:阻力很大 阻尼较大时,振动从最大位移缓慢回到平衡位置,不作往复运动。 结论: 3. 临界阻尼(critical damping)情况 方程解: 此时为“临界阻尼”的情况。是质点不作往复运动的一个极限。 结论: 系统在周期性的外力持续作用下所发生的振动。 受迫振动(forced vibration): 策动力(driving force): 周期性的外力 物体在弹性力、回复力、阻力的作用下的运动 O x x 8-4 受迫振动 共振* 令: 在阻尼较小时,其通解为对应齐次方程的通解加上一个特解,为  第一项为暂态项,经过一端时间以后趋向于  零, 为积分常数,由初始条件确定;   第二项为稳定项,即    代  入原方程求得 受迫振动是阻尼振动和余弦振动的合成。经一段相当的时间后,阻尼振动衰减到可以忽略不计,这样就成为一余弦振动,其周期为强迫力的周期,振幅、初相位不仅与初条件有关,而且与强迫力的频率和力幅有关。 当策动力的频率接近于固有频率时,受迫振动的振幅达到最大值的现象。 共振(resonance): 共振频率: 共振振幅: 结论: 阻尼系数?越小,共振角频率越接近于系统的固有频率,同时共振振幅也越大。 共振频率 大阻尼 小阻尼 阻尼 情景再现 1940年7月1日,桥龄仅4个月的美国Tocama大桥在一场不算太强的大风中坍塌。风产生的周期性效果导致大桥共振,大桥在风中坚强的摇曳了近一天,最终轰然坠下…… 在电路中电流或电荷的振动叫做电磁振荡, 产生电磁振荡的电路叫做振荡电路. LC振荡电路 L A C K B + 振荡的过程: 电路中电荷、电流作周期性变化,相应地电场、磁场能量亦作周期性变化,且不断相互转化.电路中能量没有损耗。 L、C是储能元件,能量转换是可逆的. 8-5 电磁振荡* 只含L和C的电路是理想的无阻尼自由振荡电路。振荡电路中,电荷和电流随时间变化的规律方程称为振荡方程。 L A C K B + 无阻尼自由振荡的能量 t 时刻, C中电场能量和L中磁场能量: 表明: LC电路中的磁场能量和电场能量都随时间作周期性变化, 总能量为: 结论:在无阻尼自由振荡电路中,电场能量和磁场能量不断地相互转化,但其总和保持不变,电磁场能量守恒。 3.电路中电磁场能量亦不能以电磁波形式辐射出去。 能量守恒的条件: 1.电路中电阻必须为0,没有能量消耗; 2.电路中没有任何新注入的能量; 大学物理学(第三版)电子教案 Page 第八章 振动学基础 * 大学物理学(第三版)电子教案 Page * 安徽大学出版社 大学物理电子教案 安徽大学出版社 大学物理电子教案 第八章 振动学基础 制作:张文亮 林继平 韩家骅 汪 洪 主编 大学物理学(第三版) 电子教案

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