Общее решение

Download Report

Transcript Общее решение

Slide 1

Классификация колебаний


Slide 2

Классификация колебаний

КОЛЕБАНИЯ

нет

СВОБОДНЫЕ

Наличие возмущающей силы

есть

ВЫНУЖДЕННЫЕ


Slide 3

СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

нет

Наличие силы сопротивления

ГАРМОНИЧЕСКИЕ

есть

ЗАТУХАЮЩИЕ


Slide 4

ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ

нет

Наличие силы сопротивления

В СРЕДЕ БЕЗ
СОПРОТИВЛЕНИЯ

есть

В СРЕДЕ С
СОПРОТИВЛЕНИЕМ


Slide 5

Свободные гармонические колебания точки
Дифференциальное уравнение движения имеет вид
здесь
k – циклическая или круговая частота колебаний.

Общее решение имеет вид

где


Slide 6

Другой вид записи общего решения
здесь
А – амплитуда колебаний. Определяет максимальное отклонение
точки от положения равновесия.

α – начальная фаза колебаний.
Угол α изменяется в пределах от 0 до 2.


Slide 7

Период колебаний

График свободных колебаний.


Slide 8

Затухающие колебания точки
Дифференциальное уравнение движения имеет вид

здесь

Характеристическое уравнение имеет вид

r – неизвестное характеристического уравнения.


Slide 9

Общее решение имеет вид (при n < k ):

где

Амплитудный вид записи общего решения

Наличие множителя e-nt указывает на то, что амплитуда
колебаний с течением времени убывает.
n – коэффициент затухания.


Slide 10

График затухающих колебаний.


Slide 11

Движение материальной точки теряет колебательный характер
(становится апериодическим) в случае большого сопротивления.

В этом случае характеристическое уравнение имеет равные
действительные корни и общее решение имеет вид

В этом случае характеристическое уравнение имеет два
действительных корня и общее решение имеет вид


Slide 12

График функции


Slide 13

График функции


Slide 14

Вынужденные колебания точки в среде без сопротивления
Дифференциальное уравнение движения имеет вид
здесь

Общее решение этого уравнения имеет вид

– общее решение однородного
уравнения второго порядка;

дифференциального

– частное решение неоднородного дифференциального
уравнения второго порядка.


Slide 15

Однородное уравнение является дифференциальным уравнением
свободных гармонических колебаний.

Его решение имеет вид
или в амплитудной форме
здесь
С1, С2 – произвольные постоянные интегрирования.
А1 – амплитуда собственных колебаний.
α – начальная фаза собственных колебаний.
k – частота собственных колебаний.


Slide 16

Частное решение неоднородного дифференциального уравнения
зависит от соотношения р и k.
Если р ≠ k, то частное решение ищется в виде

А2 – амплитуда вынужденных колебаний;
p – частота вынужденных колебаний.


Slide 17

Таким образом, общее решение дифференциального уравнения
(1) имеет вид
(2)

или
(2')
собственные колебания

вынужденные колебания

Движение точки складывается из двух колебательных движений:
собственных и вынужденных колебаний материальной точки.


Slide 18

График вынужденных колебаний.

Исходные данные:

Начальные условия:


Slide 19

Рассмотрим случай когда р = k, то есть частота возмущающей
силы совпадает с частотой собственных колебаний точки.
В этом случае частное решение ищется в виде

где

Это явление называется резонанс.
Резонанс
характеризуется
вынужденных колебаний.

возрастанием

амплитуды


Slide 20

Общее решение дифференциального уравнения имеет вид
(*)
или
(**)
собственные колебания

вынужденные колебания

Движение точки складывается из двух колебательных движений:
собственных и вынужденных колебаний материальной точки.
Произвольные постоянные С1 и С2 или А1 и 𝜑 определяются из
начальных условий, подставляя начальные данные в уравнения
(*) или (**).


Slide 21

График движения точки.

Исходные данные:
Начальные условия:


Slide 22

Вынужденные колебания точки в среде с сопротивления
Дифференциальное уравнение движения имеет вид
здесь

Общее решение этого уравнения имеет вид

– общее решение однородного
уравнения второго порядка;

дифференциального

– частное решение неоднородного дифференциального
уравнения второго порядка.


Slide 23

Решение x* определяет собственные колебания материальной
точки и имеет вид

Частное решение x** определяет вынужденные колебания точки
и ищется в виде
здесь


Slide 24

Общее решение этого уравнения имеет вид