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大学物理b层次第八章振动学基础
x =Acos(? t+? ) ? =- ? Asin(? t+? ) 振动势能: 振动动能: 对弹簧振子(任何一个谐振动也都可以等效为一个弹簧振子),有 k=m?2 =恒量 ?总能: §8-3 简谐振动的能量 1.由上面可以看出,谐振系统的动能和势能都随时间t作周期性的变化;而且, 动能和势能的周期为其振动周期的二分之一。势能最大时,动能最小;动能最大时,势能最小。但系统的总机械能守恒。 2.平均势能: 平均动能: =恒量 3.振动势能与弹性势能一般是不相同的。 振动势能: 其中x是对平衡位置的位移。 弹性势能: 其中x是弹簧的伸长量。 例 x o (原长) (平衡位置) x m x o m xo (原长) (平衡位置) x 例题8-11 如图,有一光滑水平面上的弹簧振子,弹簧的倔强系数k=24N/m, 物体的质量m=6kg, 静止在平衡位置。设以一水平恒力F=10N向左作用于物体,使之由平衡位置向左运动了s=0.05m, 此时撤去外力F。取物体运动到左方最远处开始计时,求:(1)物体的运动方程; (2)何处Ek=Ep? 解 (1)振动能量来源于外力的功: ? A=0.204, ? =? x =0.204cos(2 t+ ? )m (2) s m F k x o 1.同方向同频率谐振动的合成 分振动:x1 =A1cos(? t+?1 ) x2 =A2cos(? t+?2 ) 合振动: x= x1+x2=A1cos(? t+?1 )+ A2cos(? t+?2 ) 利用三角公式或旋转矢量可求得合振动: x= x1+x2= Acos(? t+? ) (1)可见,合振动仍是同频率的谐振动。 (2)合振动的振幅和初相, 用旋转矢量容易求得: §8-4 简谐振动的合成 由余弦定理,合振动的振幅为 合振动的初相: (?2-?1) M1 A1 ?1 M A2 x o x x1 x2 ω A ? A2 ?2 M2 x= x1+x2= Acos(? t+? ) x1 =A1cos(? t+?1 ) x2 =A2cos(? t+?2 ) (3)合振动的强弱,取决于两分振动的相位差: ?? =?2 -?1 =2k? , k=0, ±1, ±2, …, A=A1+A2 , 加强 =(2k+1)? , k=0, ±1, ±2, …, A=|A1-A2 |, 减弱 . . . . . . = 解 合振动方程:x =Acos(? t+? ) 例题8-12 设分振动: x1 =0.3cos(? t+ )cm, x2 =0.4cos(? t+? )cm, 求合振动方程。 =0.5 ? =-36.86°=-0.64rad =-0.64+? =2.5rad ? 合振动方程:x =0.5cos(? t+2.5 ) cm x 0.3 0.4 ? A -36.86° 已知:A1=0.3, A2=0.4, ? 1=? /2, ? 2= ? * 第八章 (Vibration) 一般地说,任何一个物理量在某一量值附近随时间作周期性变化都可以称为振动。 一 .简谐振动的定义 一质点沿x轴作直线运动,取平衡位置为坐标原点,若质点对平衡位置的位移(坐标)随时间按余弦变化,即 则称质点作简谐振动(谐振动)。 x =Acos(? t+? ) 振动有机械振动、电磁振动、光振动…...。本章着重研究机械振动。 而振动中最简单最基本最有代表性的是简谐振动,这将是我们学习的重点。 学习中的重点和难点是:相。 §8-1 简谐振动的描述 ! 注意: 1.研究简谐振动时,坐标原点只能取在平衡位置。 平衡位置: o x (原长) m (平衡位置) ? x =Acos(? t+? ) 3.谐振动的特点 2.三个特征量 A —振幅 (对平衡位置最大位移的绝对值)。 ? —角频率 ? —初相(t=0时的相)。 等幅振动,A不变; 周期振动,x(t)=x(t+T)。 (? t+? ) —相(位相,相位,周相, )。 phase 加速度: 4.质点的振动状态完全由相位确定 x =Acos(? t+? ) 质点的简谐振动状态由下面两个物理量确定: 速度: a = -?2x 显然,它们都是谐振动。 同时还有: — 运动学特性 , ?m=? A , am=? 2A — 动力学特性 k=m?2 x =Acos(? t+? ) (? t+? )=0, x=A,?=0 —正最大
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