Вынужденные колебания
Рассмотрим колебания материальной точки при наличии периодической внешней силы
,
действущей вдоль оси . Уравнение движения в этом случае принимает вид:
, или в приведенном виде
. (2)
Уравнение (2) называется неоднородным дифференциальным уравнением 2 – го порядка, а уравнение (1) соответствующим ему однородным уравнением.
В теории дифференциальных уравнений доказывается следующая теорема.
Общее решение неоднородного дифференциального уравнения равно сумме общего решения однородного уравнения и частного решения неоднородного уравнения.
Общее решение однородного уравнения:
, где . (3)
Частное решение неоднородного уравнения будем искать в виде:
. (4)
Следует отметить, что амплитуда и фаза в этом решении уже не определяются лишь начальными условиями как в свободных колебаниях, а зависят от параметров колебательной системы. Подставляя решение (4) в уравнение (2), можно получить следующие выражения для и
, .
Общее решение уравнения (2) является суммой решений (3) и (4). При решение (3) станет пренебрежимо малым и установятся вынужденные колебания вида (4). По этой причине величина называется временем установления колебаний.
На рис. 2 приведена зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы . Амплитуда имеет максимальное значение при
.
Это явление резонанса вынужденных колеба-ний. С ростом коэффициента затухания реонансная частота и резонансная амплитуда уменьшаются. В отсутствие затухания ( ) и . Физически это происходит из-за того, что в колебательную систему непрерывно поступает энергия за счет работы внешней силы, а потери энергии отсутствуют.
При амплитуда . Величина называется добротностью колебательной системы.
ЛЕКЦИЯ 13
Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 1334;