第10章 机械振动的电磁振荡_第1页
第10章 机械振动的电磁振荡_第2页
第10章 机械振动的电磁振荡_第3页
第10章 机械振动的电磁振荡_第4页
第10章 机械振动的电磁振荡_第5页
已阅读5页,还剩42页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

1MechanicalOscillationANDElectromagneticOscillationCHAPTER10ByDr.GYChen第十章机械振动和电磁振荡3Manyoscillationsexistinnature.OscillationofspringsPlayonaswing4§10-1SimpleHarmonicMotion(SHM)简谐振动Twoconditionsofmechanicaloscillation:elasticrestoringforceinertia惯性Freeoscillations:Ifthespringkismassless,SimpleHarmonicOscillatorSimpleHarmonicMotion(SHM)简谐振子Fig.10-1弹性回复力Onlybytheelasticrestoringforce5§10-1SimpleHarmonicMotion(SHM)

1characteristics

Thesystem(blackspring)inFig.10-1iscalledasasimpleharmonicoscillator.Spring(k):massless;

body(m);Fig.10-1ProcessofSHM6(1)(2)(3)(4)(5)(6)ProcessofSHMFig.10-27Equilibriumposition:pointO(F=0);物体:在平衡位置附近作周期性往复运动;Spring:deformation(形变)--x;Body:displacement(位移)--x;force:F=-kx(frictionless);xFig.10.1km坐标原点:通常取为原长位置O;AccordingtoNewton’sSecondLaw,Someconcepts8acceleration:whosesolutionis9

作谐振动的物体的加速度,总是与其离开平衡位置的位移大小成正比,且两者方向相反。——运动学特征。

作谐振动的物体所受合力大小,总是与其离开平衡位置的位移大小成正比,且两者方向相反。——动力学特征。

10Notes:(1)Maximumvalues:(2)Thecurvesof

x(t)、v(t)anda(t):OTtx、v

、ax2A

v>0

<0<0>0a<0

<0

>0>0减速加速减速加速AA-A-A-2Avaφ=0Fig.10-3112Threecharacteristicquantities(特征量)ofSHM.Wecanseethat:(1)Thedisplacementisdeterminedbythreequantities:A,,;(2)x=Acos(ωt+φ)isaperiodicfunctionoftimet.12(1)Amplitude(A)A--themaximumdisplacementfromtheequilibriumposition.

(2)Theperiod(T)andfrequency(ν)Period(周期)T:Thetimenecessaryforonecompleteoscillation(acompleterepetitionofthemotion).完成一次全振动所需的时间SIUnit:s13Frequency(频率)ν:Thenumberofcompleteoscillationfinishedbytheparticleorthesystemperunittime.单位时间内粒子或系统完成全振动的次数。Apparently:

SIUnit:Hz1Hz=1s-1Angularfrequency(角频率)ω:Thenumberofcompleteoscillationfinishedbytheparticleorthesystemin2πseconds.

HaveainverserelationshipwithTSIUnit:rad/s14(3)Phase(相位)

IfA,ωandφareknown,themotionoftheoscillatorisdeterminedcompletelybythequantityΦ=ωt+φ,whichiscalledphase.当A、ω、φ已知时,谐振动的物体在任意时刻的运动状态由ωt+φ决定。ωt+φ称为相位。Whent=0,Thephaseturnsintoφ,thisiscalledinitialphase(初相).而φ是t=0时的相位,称为初相位,简称初相。反映了振动的初始状态。

15Differenceofphases(相位差)

are:

△Φ=(ωt+φ2)-(ωt+φ1)=φ2-φ1

equaltothedifferenceofinitialphase(4)ComparisonofPhases(相位的比较)

Condition:thefrequencyshouldbethesame.

两个频率相同的谐振动才能比较步调。Ifx1=A1cos(ωt+φ1)x2=A2cos(ωt+φ2)Note:16(5)Discussions:(1)如果ΔΦ>0,φ2>φ1,则称第二个谐振动超前于第一个谐振动的相位。(2)如果ΔΦ=φ2-φ1=0或2π的整数倍,则两个谐振动同时到达正的最大位移、最小位移。任意时刻,振动方向相同,称两个谐振动同相或同步。(3)如果ΔΦ=φ2-φ1=π的奇数倍,则一个物体到达正的最大位移,另一个物体正好到达负的最大位移。任意时刻,振动方向相反,称两个谐振动为反相。

173DeterminationofAandφ.Initialconditions:Conclusions:If18Examples(1):一个质量为10g的物体作简谐振动,周期为4s,t=0时坐标为24cm速度为零。计算:(1)t=0.5s时物体的位置;(2)t=0.5s时物体受到的力的大小和方向;(3)从初始位置运动到x=-12cm所需的最少时间;(4)x=12cm时物体速度的大小。解:本题已知物体作简谐振动。周期为T=4s,振幅为A=24cm,则:19由初始条件:(1)当t=0.5s时:注意单位换算!20(2)当t=0.5s时,物体受力:与x轴正向相反。(3)从初始位置运动到x=-12cm的最少时间:注意单位换算!24cm-12cmFig.10-421(4)x=-12cm物体的速度大小:注意:单位换算。22Example(2):Infigure,provethesimplependulum(单摆)isasimpleharmonicoscillatorwhenissmall.Prove:Fig.10-523Prove:(1)Displacement:θorx

(2)Restoringtorque(恢复力矩):(3)Angular(角量)

acceleration:Note:(linear线量)244TherotatingvectorrepresentationofSHM(旋转矢量表示法)

AvectorwithalengthofAisrotatingaboutpointOatanangularvelocity(seeinFig).25Theprojection(投影)Pofthisrotatingvectorinx-axisisgivenbywhichisassameastheequationofSHM.Arotatingvectoronetoone一一对应SHM26Discussions:Determinedtheinitialphasebytherotatingvectorrepresentation.(1)过平衡位置沿x轴正向运动;(2)过平衡位置沿x轴负向运动;27§10-2TheEnergyofSHMThepotentialenergyofthesystemis:anditskineticenergyisequalto:1TotalenergyofSHMFig.10-128ThetotalenergyofSHMisconstant.(1)弹簧振子作简振动过程中机械能守恒。(2)对于一定的弹簧振子,谐振动的机械能与振幅平方成正比。振幅越大,振子的总机械能越大。

Consideringk=mω2,thetotalenergyConclusions:29AveragevalueofenergyduringaperiodConclusion:谐振动在一个周期内的平均势能和平均动能相等,均为kA2/4。

2AverageenergyofSHM303TransformationoftheenergyofSHM振动过程中,动能和势能大小时刻改变并且相互转化,但总能量保持不变。Conclusions:31Example(1):Amassof100gvibrateshorizontallyinSHMwithafrequencyof20Hzandanamplitudeof15cm.Calculate:(1)Thetotalenergyofthemotion.(2)Thevelocityofthemasswhenitis10cmfromthecenterpoint.32Solution:33Example(2):P15.例10.6、10.734§10-3DampedVibration&ForcedVibrationResonance

(阻尼振动受迫振动共振)1.DampedVibrationThebodyissubjecttothedampingforce,anditsamplitudeAandenergyEwilldecreasetozerogradually.振动的物体在实际运动过程中,会受到阻碍其运动的力的作用,能量逐渐受到损失,振幅逐渐衰减的振动称为阻尼振动或减幅振动。Fig.10-7352.

ForcedVibration(受迫振动)Thesystemissubjecttoaperiodicexternalforce(系统受周期性强迫力作用下的振动)3.Resonance(共振)Phenomenathatanmaximumofamplitudeofadampingvibrationappears.36§10-4ElectromagneticOscillation1.LCcircuitLCLCKchargeFig.10-837LCKεt=0LCKεiit=T/4LCKεt=T/2LCKεt=3T/2ii2.OscillationofLCcircuitFig.10-938§10-5

SuperpositionoftwoSHMs

1.Thecompositionoftwoharmonicvibrationswiththesamedirectionandfrequency.Thedisplacementsresultingfromtwoharmonicvibrationsinthesamestraightline(x-axis)are:39Itcanbeprovedthatthedisplacementofcompositionvibrationisgivenby:withthesameangularfrequency.Itiseasytoprovebyusingtherotatingvectors:40Specialexamples:

(1)whenφ2-φ1=2kπ,A=A1+A2,Areachesmaximum(Enhancing)(2)whenφ2-φ1=2kπ±π,A=|A1-A2|,Areachesminimum(Weakening)(3)Generally,|A1-A2|<A<A1+A241ThetwoharmonicvibrationsareFindtheircompositionvibration.Example:Plottherotatingvectorsofx1,x2,x=x1+x2.Solution:→φ1=π/2,φ2=0.42Then:Hence:432.Thecompositionoftwoharmonicvibrationswiththesamedirectionanddifferentfrequencies.§10-5

SuperpositionoftwoSHMs

Thetotalamplitudewillvariesperiodicallywiththetime,whoseChinesenameis拍.3.Thecompositionoftwoharmonicvibrationswiththesamefrequencyandverticaldirections.Theorbitoftheendofthecomposite

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论