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(1) 方向相同,频率相同 ?=0: (同相) t x x0 x1 x2 A1 A2 A1+A2 ?=?: (反相) t x x0 x1 x2 A1 A2 A1+A2 一般情况 当?=2?n,合成振幅最大(A1+A2); 当?=(2n+1)?,合成振幅最小(?A1-A2?). 振动矢量合成 x y O A A1 A2 A1cos?0 A2cos(?0+?) A1sin?0 A2sin(?0+?) ? (2) 方向相同,频率不同 x y O A A1 A2 ?1t ?2t 即A2追上A1的频率 演示 当?=2?n,合成振幅最大; 当?=(2n+1)?,合成振幅最小; t t t (a) (b) (c) x1 x2 x=x1+x2 t=0 t=1/4 t=1/2 t=3/4 t=1 ?1:?2=3:4 (3) 方向垂直,频率相同 参考圆C1 参考圆C2 合成轨迹 x y x’ y’ 1 2 3 4 5 6 7 8 1’ 2’ 7’ 6’ 5’ 4’ 3’ 8’ 5 o1 o2 o 6 1 2 3 4 7 8 椭圆振动 见图7-14 椭圆振动 圆振动 ?=0 ?=45o ?=90o ?=135o ?=225o ?=270o ?=315o ?=180o 椭圆偏振光 平面偏振光 见图7-15 (4) 方向垂直,频率不同 例:?1:?2=1:2,?0=0,?=450 见图7-21 李萨如图形 第七章 振动与波 第七章 振动与波 ? 一个自由度的振动 ? 谐振动的合成 ? 一维波的形成 ? 一维波传播的一些问题 振动 在平衡位置周围运动 振动的传播 波 振动在介质中的传播 一个物理系统,如果处在某稳定平衡位置,微扰后就会在平衡位置附近来回运动。 一个物理系统,如果势能曲线有极小值,微扰后就会在平衡位置附近来回运动。 机械振动,机械波 物质波(德布罗意波) 电磁振荡,电磁波 量子力学(波动力学) 0 (1) 简谐振动 ? 一个自由度的振动 例:弹簧振子,单摆 恢复力总指向平衡位置(势能在极小处呈抛物状) 恢复力和惯性 单摆 非谐振动 谐振动 振幅:A ?0 ? 频率:f=?/2?, 单位:赫(Hz) 周期:?=1/f=2?/ ? 圆频率:?=2?f 参考园 振幅矢量A 相:?=?t+?0初相:?0 -A t o y Y ? A O t ?0/ ? 演示:振幅矢量 机械能守恒 速度、加速度: 圆周运动的线速度,向心加速度 机械能: 请在上一页添速度、加速度曲线。 (2) 阻尼振动 各种损耗 阻尼振动(衰减振动) 阻力系数:h 阻尼因子:?=h/2m 自然圆频率:?0=?k/m t x -A A x=Ae-?t x=-Ae-?t ?〈?0(第一种条件) e?? 准周期运动 演示:阻尼振动 能量损耗 耗散系统 品质因子Q 振动系统在某时刻的能量与它在一个“周期”内的能量损耗之比 临界阻尼:?=?0; ?=0; ??? 过阻尼:??0;?为虚数 逐渐逼近平衡位置 快 慢 过阻尼 临界阻尼 t x 临界阻尼:?=?0; ?=0; ??? 过阻尼:??0;?为虚数 欠阻尼:??0;振幅衰减,频率降低 (3) 受迫振动 自由振动 受迫振动 用周期外力驱动的振动 策动力 恒定不变的外力的作用仅仅在于改变振动系统的平衡点。 mg O k mg/k Fcos?t O m k 共振 本征频率 演示 稳态响应 瞬态响应 依赖于振动系统本身的性质、阻尼的大小和策动力的特征。 稳定振动的频率应同于策动力的频率?。 A 和?0不再是积分常数! 振幅共振 共振,?0为共振圆频率。 频带宽度 频带宽度的相对值正是品质因子Q的倒数。 当策动力的圆频率等于?0=??02-2?2时,振幅A最大。 当阻尼因子很小时,?0=??02-2?2??0 引起共振的旋涡(Karman vortex street) 讨论相差?0: 由于 sin?00, 因而?0总是负值, 受迫振动位移的相总是滞后于策动力的相。 见图7-6 在共振情况下,?0 =-?/2,即受迫振动位移滞后于策动力?/2 。 速度与策动力同相。策动力一直做正功 对比:简谐振动的相差?0: x v a 分析:一个周期内回复力何时做正功?何时做负功? 一个周期内回复力一半做正功,一半做负功。净功为零。 受迫振动位移滞后于策动力的相: sin?00, 0?0-? 受迫 振动速度与策动力的位相差: ?/2?0 +?/2 -?/2 0?0 +?/2 -?/2 ?/2?0 +?/2 0 v F F v 一个周期里,策动力净功大于零。 用于补偿阻尼损耗,维持
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