第6章振动力学基础
第 6 章 振动力学基础
第6章振动力学基出 §6.1简谐振动动力学 §6.2简谐振动运动学 §6.3微振动的简谐近似 §6.4平行简谐振动的合成振动频谱 §6.5垂直简谐振动的合成 §6.6阻尼振动 §6.7受迫振动共振
第 6 章 振动力学基础 §6.1 简谐振动动力学 §6.2 简谐振动运动学 §6.3 微振动的简谐近似 §6.5 垂直简谐振动的合成 §6.4 平行简谐振动的合成 振动频谱 §6.6 阻尼振动 §6.7 受迫振动 共振
振动是一种普遍存在的运动形式: 物体的来回往复运动(弹簧振子、钟摆等) 电流、电压的周期性变化 机械振动:物体在一定位置附近作来回往复的运动 可以证明任何复杂的振动都可以认为是由若干个 简单的基本振动合成的。这种简单而又基本的振动形 式称为简谐振动
振动是一种普遍存在的运动形式: 物体的来回往复运动(弹簧振子、钟摆等) 电流、电压的周期性变化 机械振动: 物体在一定位置附近作来回往复的运动 可以证明任何复杂的振动都可以认为是由若干个 简单的基本振动合成的。这种简单而又基本的振动形 式称为简谐振动
§61简谐振动动力学 简谐振动:凡质点的运动遵从余弦(或正弦) 规律时,其运动形式为简谐振动。 x=Acos(@t+o)
简谐振动:凡质点的运动遵从余弦(或正弦) 规律时,其运动形式为简谐振动。 = ω tAx +ϕ )cos( §6.1 简谐振动动力学 t x o
一、弹簧振子模型 弹簧振子:一根轻弹簧和一个质点构成的一 个振动系统。 000000 0 根据胡克定律: F=- (k为劲度系数) 1)在弹性限度内,弹性力F和位移x成正比。 (2)弹性力F和位移x恒反向,始终指向平衡位置。 回复力:始终指向平衡位置的作用力
一、弹簧振子模型 弹簧振子: 一根轻弹簧和一个质点构成的一 个振动系统 。 F 根据胡克定律: xkF ( k 为劲度系数 ) v v −= ( 1)在弹性限度内,弹性力 F 和位移 x 成正比。 ( 2)弹性力 F 和位移 x 恒反向,始终指向平衡位置。 回复力:始终指向平衡位置的作用力 。 o x x
二、简谐振子的动力学方程 -0000的 X 振动的条件:(1)存在恢复力;(2)物体具有惯性 d'x 由牛顿第二定律得: F=m =-kx 得: d2x dr m
振动的条件:(1)存在恢复力;(2)物体具有惯性 二、简谐振子的动力学方程 F 由牛顿第二定律得: xk t x mF −== 2 2 d d x m k t x −= 2 2 d d 得: -A o A x
k 令: dt2 m m d2x x=Acos(@t+o dt 动力学方程 运动学方程 >结论:弹簧振子的振动为简谐振动
x m k t x −= 2 2 d d x t x 2 2 2 d d −= ω 令: m k = 2 ω = ω tAx +ϕ )cos( 动力学方程 运动学方程 ¾结论: 弹簧振子的振动为简谐振动
三、振动状态和振动能量 位置:x=Ac0s(ot+p) dx 振动速度:y= dt =-Asin(ot+p) -YmCOS(@t+0+Z) 其中:ym=@A称为“速度振幅 振动加速度a=d北=-02Ac0s(1+) dt =a,cos(ot+p±π) 其中:am=o2A称为“加速度振幅
三、振动状态和振动能量 位置: = ωtAx + ϕ )cos( 振动速度: )sin( d d −== tA +ϕωω t x v 其中: v m = ωA 称为“ 速度振幅 ” 其中: a m = ω 2A 称为“加速度振幅 ” )cos( d d 2 −== tA +ϕωω t v 振动加速度: a ) 2 π cos( = m tv ϕω ++ cos( π ) = m ωta + ϕ ±
振动系统的能量(包括振动动能、势能) 000000 0 1 子动版:Em2三)mo'A sin0t+勿 2 振子势能: E.-3kx-3kfcos'(@1+0) mo2=k 总能量: E=Ek+E。 E= 4=mo242= mvm 2 2 2
振动系统的能量 (包括振动动能、势能) = km 2 Q ω )(sin 21 21 2 222 振子动能: k == tAmmvE +ϕωω )(cos 21 21 2 22 振子势能: p == tkAkxE +ϕω 2 m 2 22 2 1 2 1 2 1 == ω = mvAmkAE ∴总能量: = + EEE pk v o x x
x=Acos(@t+o) XXXXXXXXXXX) Ek= 1v2-mo2A2sin2(0t+p) 2 1 kx2 =-kA2 cos2(@t+) 2
)(sin 21 21 2 222 k == ω tAmmvE + ϕω )(cos 21 21 2 22 p == kAkxE t +ϕω t x = ωtAx +ϕ )cos( o Ek t E o Ep 2 2 1 = kAE