同振動(dòng)方向簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成

1、7.2 7.2 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成一一. 同方向同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成同方向同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成1. 分振動(dòng)分振動(dòng) : 2. 合振動(dòng)合振動(dòng) :)cos()cos(2211tAtAtAAtAA sin)sinsin( cos)coscos(22112211cosAsinA) cos( sinsincoscostAtAtAx)cos(212212221AAAAA22112211coscossinsintanAAAA)cos(111tAx)cos(222tAx21xxx結(jié)論：結(jié)論：合振動(dòng)合振動(dòng) x 仍是簡(jiǎn)諧振動(dòng)仍是簡(jiǎn)諧振動(dòng)討論討論: (1)若兩分振動(dòng)同相，即若兩分振動(dòng)同相，即 2 1=

2、2k (k=0,1,2,)(2)若兩分振動(dòng)反相，即若兩分振動(dòng)反相，即 2 1= (2k+1) (k=0,1,2,)當(dāng)當(dāng) A1=A2 時(shí)時(shí), A=0則則 A=A1+A2 , 兩分振動(dòng)相互加強(qiáng)，兩分振動(dòng)相互加強(qiáng)，則則A=|A1-A2|, 兩分振動(dòng)相互減弱，兩分振動(dòng)相互減弱，旋轉(zhuǎn)矢量法處理諧振動(dòng)的合成旋轉(zhuǎn)矢量法處理諧振動(dòng)的合成當(dāng)當(dāng) A1=A2 時(shí)時(shí) , A=2A111 A2 A2Ax2x1x21xxxO1221xxx) cos(tA)cos(212212221AAAAA22112211coscossinsintanAAAA)cos(212212221AAAAA二二. 同方向不同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成同

3、方向不同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成1. 分振動(dòng)分振動(dòng) :tAx cos111tAx222cost11 A2 At2Ax2x1x21xxxO21 2. 合振動(dòng)合振動(dòng) :21xxx當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，合振動(dòng)振幅的頻率為合振動(dòng)振幅的頻率為:12122vvv結(jié)論：結(jié)論：合振動(dòng)合振動(dòng) x 不再是簡(jiǎn)諧振動(dòng)不再是簡(jiǎn)諧振動(dòng)21AAA21AAA2 )(12kt ) 12( )(12ktA 有最大值有最大值A(chǔ) 有最小值有最小值t )(12tAtAxxx2121coscos當(dāng)當(dāng) 2 1 時(shí)時(shí) , 2 - - 1 2 + + 1令令)2cos(2)(12tAtA)2cos(cos12tt隨隨 t 緩變緩變隨隨 t

4、快變快變ttAxcos)(拍現(xiàn)象拍現(xiàn)象（振幅相同頻率相近的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成）（振幅相同頻率相近的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成）tAx11costAx22costtA)2cos()2cos(21212合振動(dòng)合振動(dòng) :分振動(dòng)分振動(dòng) :結(jié)論：結(jié)論：合振動(dòng)合振動(dòng) x 可看作是振幅緩變的簡(jiǎn)諧振動(dòng)?？煽醋魇钦穹徸兊暮?jiǎn)諧振動(dòng)。xx2x1ttt拍頻拍頻 : 單位時(shí)間內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)合振動(dòng)振幅強(qiáng)弱變化的次數(shù)，即合振動(dòng)振幅強(qiáng)弱變化的次數(shù)，即 12122)(vv/vOOO三三. .垂直方向同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成垂直方向同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成1.1.分振動(dòng)分振動(dòng)2. 合運(yùn)動(dòng)合運(yùn)動(dòng))(sin)cos(21221221222212AyAxAy

5、Ax討論討論 當(dāng)當(dāng) = 2- 1=k （k為整數(shù)）時(shí)為整數(shù)）時(shí): 0221222212AyAxAyAx 當(dāng)當(dāng) =( 2k +1 ) /2（k為整數(shù)）時(shí)：為整數(shù)）時(shí)： 1222212AyAx021AyAx)cos(11tAx)cos(22tAy 當(dāng)當(dāng) 為任意值時(shí)，軌跡仍為橢圓，只不過(guò)是斜橢圓，為任意值時(shí)，軌跡仍為橢圓，只不過(guò)是斜橢圓， 不同橢圓相對(duì)坐標(biāo)軸的傾斜程度不同。不同橢圓相對(duì)坐標(biāo)軸的傾斜程度不同。 結(jié)論結(jié)論 1. = k 時(shí)，合振動(dòng)是諧振動(dòng)，振動(dòng)頻率與分振動(dòng)相時(shí)，合振動(dòng)是諧振動(dòng)，振動(dòng)頻率與分振動(dòng)相同，但方向不同。反之，一個(gè)任意方向的諧振動(dòng)一定同，但方向不同。反之，一個(gè)任意方向的諧振動(dòng)一定可

6、以分解為兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的諧振動(dòng)。可以分解為兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的諧振動(dòng)。 2. k 時(shí)，合振動(dòng)不是諧振動(dòng)，軌跡是橢圓或圓。時(shí)，合振動(dòng)不是諧振動(dòng)，軌跡是橢圓或圓。反之，橢圓或圓振動(dòng)可以分解為兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)反之，橢圓或圓振動(dòng)可以分解為兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向垂直的諧振動(dòng)。方向垂直的諧振動(dòng)。 = 0(第一象限第一象限) = /2 = = 3 /2021AyAx1222212AyAxtAxcos1)cos(2tAy(第二象限第二象限)(第三象限第三象限)（第四象限）（第四象限）兩振動(dòng)互相垂直，兩振動(dòng)互相垂直，但頻率不同但頻率不同 若若 2： 1為簡(jiǎn)單整數(shù)比時(shí)，合振動(dòng)軌跡為穩(wěn)定的閉為

7、簡(jiǎn)單整數(shù)比時(shí)，合振動(dòng)軌跡為穩(wěn)定的閉合曲線（振動(dòng)是周期的），這些曲線稱為利薩如圖，合曲線（振動(dòng)是周期的），這些曲線稱為利薩如圖，見(jiàn)見(jiàn)P123，圖，圖6.25 若若 2： 1不是不是簡(jiǎn)單整數(shù)比時(shí)，合振動(dòng)軌跡永不閉合簡(jiǎn)單整數(shù)比時(shí)，合振動(dòng)軌跡永不閉合（振動(dòng)是非周期的）。（振動(dòng)是非周期的）。7.3 阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)一一. 阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)1. 阻尼力阻尼力xf 2. 振動(dòng)的微分方程振動(dòng)的微分方程(以彈簧振子為例以彈簧振子為例)xkxxm 0220 xxnx 阻尼系數(shù)阻尼系數(shù): 2 n = / m3. 阻尼振動(dòng)的振動(dòng)方程、表達(dá)式和振動(dòng)曲線阻尼振動(dòng)的振動(dòng)方程、表達(dá)式和振動(dòng)曲線（2）過(guò)阻尼

8、和臨界阻尼）過(guò)阻尼和臨界阻尼（1）小阻尼）小阻尼 ( n2 02 )cos(220tnAexnt202n202n臨界阻尼臨界阻尼:過(guò)過(guò) 阻阻 尼尼:在過(guò)阻尼和臨界阻尼時(shí)在過(guò)阻尼和臨界阻尼時(shí), ,無(wú)振動(dòng)。無(wú)振動(dòng)。二二. 受迫振動(dòng)（受迫振動(dòng)（在外來(lái)策動(dòng)力作用下的振動(dòng)在外來(lái)策動(dòng)力作用下的振動(dòng)） 1. 系統(tǒng)受力系統(tǒng)受力 彈性力彈性力阻尼力阻尼力 x 周期性策動(dòng)力周期性策動(dòng)力tFxkxxm cos 0 kx2. 受迫振動(dòng)的微分方程受迫振動(dòng)的微分方程tfxxnxcos220 tFFcos0其中其中mFfmnmk002FkxF 1xF 23.3.受迫振動(dòng)微分方程的受迫振動(dòng)微分方程的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)解解) cos(t

9、Ax小阻尼情況下，受迫振動(dòng)微分方程的解為：小阻尼情況下，受迫振動(dòng)微分方程的解為：) cos()cos(2200tAtneAxnt在加外力初期，振動(dòng)情況比較復(fù)雜，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在加外力初期，振動(dòng)情況比較復(fù)雜，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，第一項(xiàng)將減弱到可以忽略不計(jì)，此時(shí)受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定第一項(xiàng)將減弱到可以忽略不計(jì)，此時(shí)受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定的等幅振動(dòng)的等幅振動(dòng)（受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)）（受迫振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解為為由理論計(jì)算可得穩(wěn)態(tài)時(shí)的振幅和初相：由理論計(jì)算可得穩(wěn)態(tài)時(shí)的振幅和初相：2/12222024)(nfA2202tann（1）位移共振（）位移共振（振幅取極值）振幅取極值）討論討論（振幅共振曲線）（振幅共振曲

10、線）共振頻率共振頻率 : :2202nr共振振幅共振振幅 : :2202nnfAr說(shuō)明：說(shuō)明： 從能量角度來(lái)看，受迫振動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)物體因從能量角度來(lái)看，受迫振動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)物體因策動(dòng)力作功而獲得能量，該能量等于因阻尼而消策動(dòng)力作功而獲得能量，該能量等于因阻尼而消耗的能量。耗的能量。 受迫振動(dòng)達(dá)穩(wěn)態(tài)后，其角頻率與策動(dòng)力的角頻率受迫振動(dòng)達(dá)穩(wěn)態(tài)后，其角頻率與策動(dòng)力的角頻率相同，振幅和初相與初始條件無(wú)關(guān)，它依賴于振相同，振幅和初相與初始條件無(wú)關(guān)，它依賴于振子性質(zhì)、阻尼的大小及策動(dòng)力。子性質(zhì)、阻尼的大小及策動(dòng)力。2/12222024)(nfA（2）速度共振）速度共振 (速度振幅速度振幅 A取極值取極值)共振頻率共振頻率 : :0共振速度振幅共振速度振幅 : :nfm2v（速度