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
Negarmonicheskie kolebaniya matematicheskogo mayatnika.
Kolebaniya matematicheskogo mayatnika pri bol'shih amplitudah, kak uzhe otmechalos', ne budut garmonicheskimi. Eto proishodit potomu, chto vozvrashayushaya sila v pravoi chasti uravneniya (1.28) proporcional'na



Dlya analiza kolebanii pri bol'shih amplitudah zapishem
razlozhenie
v ryad:
![]() | (1.35) |
v kotorom otbrosheny chleny bolee vysokogo poryadka: i t.d. Podstanovka (1.35) v (1.28) privodit k nelineinomu uravneniyu
kolebanii:
![]() | (1.36) |
Resheniem etogo uravneniya uzhe ne budet garmonicheskaya funkciya. Deistvitel'no,
dopustim, chto resheniem uravneniya (1.36) budet garmonicheskoe kolebanie vida
Podstavlyaya eto
vyrazhenie v pravuyu chast' (1.36) i uchityvaya trigonometricheskoe tozhdestvo
![]() | (1.37) |
prihodim k protivorechiyu. Poluchaetsya tak, chto nelineinyi chlen v pravoi chasti
uravneniya izmenyaetsya vo vremeni ne tol'ko s osnovnoi chastotoi no
takzhe i s utroennoi chastotoi
(chastotoi tret'ei garmoniki). Chtoby
ustranit' eto protivorechie, budem schitat', chto kolebaniya mayatnika proishodyat
odnovremenno na chastotah
i
tak, chto
![]() | (1.38) |
gde - bezrazmernyi parametr.
Podstavlyaya (1.38) v (1.36), snova obnaruzhivaem, chto nelineinyi chlen, pomimo
dvuh chastot i
menyaetsya vo vremeni i na chastote
Eto govorit o tom, chto reshenie (1.38) ne yavlyaetsya polnym (v nem
otsutstvuyut vysshie garmoniki
i t.d.). Mezhdu tem,
esli amplituda kolebanii
ne ochen' velika, to parametr
i otsutstvuyushie chleny s vysshimi garmonikami imeyut
amplitudy
i
t. d., kotorye mnogo men'she amplitudy tret'ei garmoniki
Teper' rasschitaem chastotu Dlya prostoty polozhim
(mayatnik poluchaet nachal'nyi tolchok v polozhenii ravnovesiya). Ispol'zuya
(1.38), zapishem kazhdyi iz treh chlenov uravneniya (1.36), opuskaya slagaemye,
imeyushie poryadok malosti
i vyshe:
![]() | (1.39) |
![]() | |
![]() |
Zametim, chto v poslednem ravenstve tret'e slagaemoe v pravoi chasti,
soderzhashee mnozhitel' malo po sravneniyu s
dvumya predydushimi, i ego takzhe mozhno otbrosit'.
Slozhim poluchennye tri ravenstva. V silu (1.36), summa levyh chastei ravenstv (1.39) ravna nulyu. Poetomu
![]() | (1.40) |
Poskol'ku ravenstvo (1.40) dolzhno vypolnyat'sya dlya lyubogo momenta vremeni, to kazhdoe iz vyrazhenii, stoyashih v kruglyh skobkah, dolzhno ravnyat'sya nulyu. Iz ravenstva nulyu pervogo vyrazheniya legko opredelit' kvadrat chastoty osnovnoi garmoniki
![]() | (1.41) |
Esli to dlya chastoty poluchim
![]() | (1.42) |
Poslednee vyrazhenie pokazyvaet, chto s vozrastaniem amplitudy kolebanii ih chastota umen'shaetsya (period uvelichivaetsya), t.e. narushaetsya izohronnost' kolebanii.
Priravnyaem dalee nulyu vtoroe vyrazhenie v kruglyh skobkah v formule (1.40):
![]() | (1.43) |
Schitaya, chto nahodim velichinu malogo
koefficienta
:
![]() | (1.44) |
Esli polozhit' to
i vklad tret'ei garmoniki v kolebaniya nichtozhno mal. Otlichie
chastoty \omega ot chastoty garmonicheskih kolebanii
sostavit
velichinu
![]() | (1.45) |
Dazhe pri a
Takim obrazom,
priblizhennym resheniem uravneniya (1.36) budet (1.38), gde chastota
opredelyaetsya (1.41), a parametr
nahoditsya iz (1.44).
Zametim, chto negarmonicheskie kolebaniya mogut voznikat' ne tol'ko pri bol'shih
otkloneniyah ot polozheniya ravnovesiya sistemy. Naprimer, esli v razlozhenii
vozvrashayushei sily po stepenyam
otsutstvuet lineinyi chlen, i
ono nachinaetsya s chlena, proporcional'nogo
to kolebaniya budut
angarmonicheskimi pri lyubyh, dazhe skol' ugodno malyh otkloneniyah.
Publikacii s klyuchevymi slovami:
kolebaniya - volny
Publikacii so slovami: kolebaniya - volny | |
Sm. takzhe:
|