Kolebaniya i volny. Lekcii.
V.A.Aleshkevich, L.G.Dedenko, V.A.Karavaev (Fizicheskii fakul'tet MGU)Izdatel'stvo Fizicheskogo fakul'teta MGU, 2001 g. Soderzhanie
Esli gruzy, izobrazhennye na ris. 3.5a, smestit' na proizvol'nye rasstoyaniya (naprimer, v odnu storonu na velichiny i kak eto izobrazheno na ris. 3.5b), to eto ekvivalentno superpozicii dvuh tipov nachal'nyh smeshenii: v odnu storonu na odinakovye velichiny (poziciya v)
(3.10) |
i v raznye storony (poziciya g) na velichiny
(3.11) |
Poskol'ku kolebatel'naya sistema lineina, to sinfaznye kolebaniya, voznikayushie posle otpuskaniya gruzov v pozicii (v), budut proishodit' nezavisimo ot prisutstviya protivofaznyh kolebanii, voznikayushih pri otpuskanii gruzov v pozicii (g). Smesheniya oboih gruzov s techeniem vremeni budut opisyvat'sya formulami (3.5), v kotoryh amplitudy opredelyayutsya ravenstvami (3.10) i (3.11), a nachal'nye fazy
Ris. 3.5. |
Proanaliziruem bolee podrobno kolebaniya v sisteme, izobrazhennoi na ris. 3.5. Pust' my sdvinuli levuyu massu vpravo na rasstoyanie a pravuyu massu ostavim v nesmeshennom polozhenii Posle otpuskaniya oboih gruzov v sisteme vozniknut kolebaniya. Iz (3.10) i (3.11) opredelyaem amplitudy mod: Poskol'ku fazy (t.k. nachal'nye skorosti u gruzov otsutstvuyut), to smesheniya
(3.12) |
Proizvodya summirovanie trigonometricheskih funkcii v (3.12), poluchim:
(3.13) |
Vremennye zavisimosti (3.13) izobrazheny na ris. 3.6.
Ris. 3.6. |
Vidno, chto kolebaniya kazhdoi iz mass imeyut formu bienii. Period etih bienii raven1
(3.14) |
gde chastota bienii
(3.15) |
Esli vvesti srednyuyu chastotu
(3.16) |
to s etoi chastotoi svyazan period kolebanii
Esli chastota bienii kak eto izobrazheno na ris. 3.6, to V etom sluchae kolebaniya oboih gruzov budut pochti garmonicheskimi (kvazigarmonicheskimi). Esli perepisat' (3.13) s ispol'zovaniem srednei chastoty i chastoty bienii v vide:
(3.17) |
to pri kolebaniya (3.17) mozhno traktovat' kak kolebaniya s chastotoi i medlenno menyayusheisya amplitudoi
V teorii kolebanii i v drugih razdelah fiziki dlya analiza kolebatel'nogo processa ispol'zuyut spektral'noe predstavlenie, ili spektr kolebanii. Etot spektr izobrazhayut graficheski, gde po osi absciss ukazyvayut chastoty kolebanii, a po osi ordinat otkladyvayut kvadraty ih amplitud. Tak, v chastnosti, dlya kolebanii, izobrazhennyh na ris. 3.6 ( ili ) i opisyvaemyh formulami (3.17), legko narisovat' spektr, poskol'ku uzhe izvestno spektral'noe razlozhenie etogo kolebaniya (predstavlenie v vide summy garmonicheskih kolebanii), zadavaemoe formulami (3.12).
Takoi spektr izobrazhen na ris. 3.7.
Ris. 3.7. |
Etot spektr soderzhit dve spektral'nye komponenty. Ego mozhno oharakterizovat' srednei chastotoi i shirinoi V sootvetstvii s formuloi (3.14) proizvedenie na period ravno postoyannoi velichine:
(3.18) |
Formula (3.18) imeet glubokoe fizicheskoe soderzhanie. Tak, esli proishodit nekotoroe kvazigarmonicheskoe kolebanie vida
(3.19) |
dlya kotorogo amplituda i faza medlenno menyayutsya na masshtabe vremeni (ris. 3.8a), to spektr takogo kolebaniya mozhet sostoyat' iz bol'shogo chisla chastot.
Ris. 3.8. |
Eti chastoty gruppiruyutsya vblizi central'noi (osnovnoi) chastoty v predelah harakternogo intervala chastot obratno proporcional'nogo vremennomu masshtabu Na ris. 3.8b izobrazhen etot spektr, gde po osi ordinat otlozhen kvadrat amplitudy kazhdoi iz garmonicheskih sostavlyayushih, prichem mezhdu i sushestvuet svyaz':
Kolichestvennaya svyaz' mezhdu kolebatel'nym processom i ego spektrom predstavlyaetsya (po analogii s formulami (3.12)) v vide summy konechnogo ili beskonechnogo chisla garmonicheskih sostavlyayushih (v vide ryada ili integrala Fur'e). Takoe predstavlenie budet shiroko ispol'zovat'sya v kurse "Optika".
1Kolebaniya (3.12), voobshe govorya, ne yavlyayutsya periodicheskimi, t.e. nel'zya ukazat' takoe vremya spustya kotoroe oni tochno povtoryayutsya (otnoshenie chastot - chashe vsego irracional'noe chislo, a sluchai ih racional'nogo otnosheniya: budut ischezayushe redki). Poetomu periodom bienii my nazyvaem period (3.14) povtoreniya ogibayushei summarnogo kolebaniya, ravnyi polovine perioda kolebaniya s chastotoi
Publikacii s klyuchevymi slovami:
kolebaniya - volny
Publikacii so slovami: kolebaniya - volny | |
Sm. takzhe:
|