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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一根长为,L,的无伸缩得细线,上端固定,下端悬挂一个很小的重物(其线度,L,可视为质点),质量为,m,将重物略加移动后,重物就在竖直平面内来回摆动,这种装置称为单摆。,O,平衡位置,单摆右偏时,为正，左偏,为负。,重力产生的回复力矩：,M=mgsinl,“”：,力矩方向与角位移,方向相反。,有转动定律：,（ ）,可见，单摆的振动不是谐振动。,二、单摆,0,p,mgcos,mgsin,l,当,很小 （,），,则,sin。,令,则,可见,当单摆的摆角很小时,其,与,成正比而方向相反,具有简谐振动的特征。,上式写为：,方程的解为:,三 复摆(又称物理摆),物体形状不规则,光滑转轴悬挂点,当,L,与竖直线,OO,成,角时,重力对转轴的力矩:,不是,谐振动,当小角度摆动时,sin0,势能零点,（质心）,方程的解为:,由初始条件决定,奋斗!,弹簧振子因受到空气的阻力作用振幅随时间不断减小的振动叫阻尼振动或减幅振动。,设物体受到的阻尼力和物体的速度成正比而方向相反，即,r,为,阻尼,系数，,由实验测定,物体受到的回复力,F=mg-,kx,=kb-,kx,=-k(x-b),=-k,物体受到的力就是回复力和阻尼力的合力：,4.3,阻尼振动,令,则,阻尼因子,振动系统的固有频率,方程的解：,1.当阻尼较小,即,0,时,方程(1)的解为(欠阻尼振动):,(1),(2),其中:,(阻尼振动系统圆频率),(系统固有频率),A、,为积分常数,由初始条件决定,式(2)中包含了两项因子,:,(阻尼振幅),t = 0,时 ,t = ,另外, 衰减也与 有关:,如果想减少阻尼,= r/2m,当,r,一定时,m,表示振动是以,为圆频率做周期性的变化,(1)振幅被限制在曲线,A,内,t,时,=0,振动消失.,(不是简谐振动),(2)准周期振动:每一次振动不 能完全重复,。,（3）阻尼不大时：可近似看作谐振动,。,2. 当阻尼较大，即,0,时：过阻尼状态,方程（1）的解为：,A、B,是由起始条件确定的常数。,等式右边两项都随,t,增加而衰减。后一项比前一项衰减的快些。系统并不发生振动。,时的,阻尼振动,（3）当 时：临界阻尼状态,方程（1）解为：,A，B,由初始条件确定的常数,（也不发生振动）,例如 一单摆的摆球在一粘滞性很大的油中运动（例蓖麻油），小球只会逐渐回到平衡位置，而不会摆到另一边去，当它回到平衡位置时，所具有的能量都已消耗在阻尼上了。,如果阻尼刚好大到使摆球不能振动的程度，称临界阻尼。,超过这个程度：过阻尼。,阻尼的应用：,避振器在机器上采用一系列的阻尼装置，使,振动迅速衰减。,还有，阻尼天平，灵敏电流计装上阻尼装置节省时间，便于测量。,4.,4,受迫振动、共振,一、受迫振动,受迫振动: 振动系统在周期性外力的持续作用下发生的振动,。,设外力,物体受的力：回复力，阻尼力，简谐外力。,动力学方程为：,令,上式写成:,二阶常系数非齐次线性微分方程,与阻尼振动方程相比,多了一个非齐次项,f,0,cos,t,外力的圆频率,外力最大值，称力幅,方程（1）的通解为：,其中，,（t）：,齐次方程的通解，它也是阻尼振动方程的通解,。,阻尼振动其解有三种形式：欠阻尼、过阻尼、临界阻尼。,这三种形式的解都是,t,振幅 最后可认为,A0。,稳定状态下受迫振动的表达式为：,简谐振动,具有简谐振动的形式，周期性外力维持系统作等幅振动。,与前边讲过的简谐振动表达式的差别,受迫振动表达式中:,不是系统固有频率,是强迫外力的频率,A、,不是由初始条件确定的。,A,与,f,0,、,0,(,系统固有频率)、,有关,2,2,0,2,:,w,w,bw,j,-,=,arctg,受迫振动的初相角,与,、,0,、,有关,稳态时振子的速度:,受迫振动的振幅,（3）,令,其中,速度振幅:,速度的相角比外力的相角落后,确定,:,温馨,温馨,当 时，,（5）,（6）,二 共振,共振: 外力的频率,等于振子的固有频率时,速度振幅达到最大值的现象。,由（6）式可知,当 时, 。,共振时,速度和外力同周相地随,t,变化， 受迫振动的一个周期内,外力的方向与物体运动（即 方向,）,一致, 外界供给系统能量最多。受迫振动能量也达到最大值,。,速度振幅 也达到最大值-发生共振,在工程问题中，,常把位移振幅达到极大值的现象叫共振。,为求,Amax,令,求得：,（受迫振动的一个重要特点：,A,与,密切相关）,共振圆频率,把,r,代入振幅表达式，得共振振幅,速度振幅极大值为：,由,（7）,式可见,越小，,r,越接近,0,由,（8）,式可知,越小，,A,r,越大,（7）,（8）,在一定条件下,振幅出现,极大值,振动,剧烈的现象。,(1),共振频率,:,2,2,0,2,b,w,w,-,=,r,(2),共振振幅,:,若,b,w,0,则,称尖锐共振,1.,位移共振,当,时，,Ar,这时的振动现象叫锐共振。,共振时，,r,0,2.,速度共振,一定条件下,速度振幅,w,A,极大的现象。,速度共振时，速度与策动力同相，一周期内策,动力总作正功，此时向系统输入的,能量最大。,在有强迫力作用时：,（）要,A,应使,0,（）要,A ,应使,远离,0,（,）当,0,时，应使,或,，,以达到加强振动或减小振动的目的,。,三共振现象,应用举例,例如：用来测定某系统的固有频率（收音机调谐）,又例如（害处）,5,简谐振动的合成,一,.,同方向同频率的简谐振动的合成,1.,分振动,:,2.,合振动,:,x,=,x,1,+,x,2,合振动是简谐振动,其频率仍为,3.,两种特殊情况,(1),若两分振动同相,(,k,=0,1,2,),(2),若两分振动反相,(,k,=0,1,2,),如,则,A,=0,则,两分振动相互加强,则,两分振动相互减弱,二,.,同方向不同频率的简谐振动的合成,1.,分振动,2.,合振动,合振动不是简谐振动,当,w,2,w,1,时,w,2,-,w,1,w,2,+,w,1,其中,随缓变,随快变,合振动可看作振幅缓变的简谐振动,3.,拍,拍频,:,单位时间内强弱变化的次数,n,=|,n,2,-,n,1,|,合振动忽强忽弱的现象,三,.,垂直方向同频率简谐振动的合成,1.,分振动,2.,合运动,(1),合运动一般是在,2,A,1,(,x,向,),、,2,A,2,(,y,向,),范围内的一个椭圆,(2),椭圆的性质,(,方位、长短轴、左右旋,),在,A,1,、,A,2,确定之后,主要决定于,D,j,=,j,2,-,j,1,Q,P,四,.,垂直方向不同频率简谐振动的合成,两分振动频率相差很小,可看作两频率相等而,j,2,-,j,1,随,缓慢变化,合运动轨迹将按上页图,依次缓慢变化,轨迹称为李萨如图形,y,x,A,1,A,2,o,-,A,2,-,A,1,两振动的频率成,整数比,.,.,
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