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
Rassmotrim teper' sluchai kogda korni harakteristicheskogo uravneniya kratnye: Pri etom chastota to est' kolebaniya otsutstvuyut. Obshee reshenie, kak netrudno proverit' podstanovkoi, imeet sleduyushii vid:
(1.69) |
gde nezavisimye postoyannye i opredelyayutsya, kak i ran'she, nachal'nymi usloviyami. Vozmozhnyi vid zavisimosti pri raznyh nachal'nyh usloviyah izobrazhen na risunke 1.16.
Ris. 1.16. |
Ih harakternoi osobennost'yu yavlyaetsya to, chto oni peresekayut os' Ot ne bolee odnogo raza, i vozvrat k ravnovesnomu sostoyaniyu u sistemy, vyvedennoi iz nego, proishodit za vremya poryadka neskol'kih Takoi rezhim dvizheniya nazyvaetsya kriticheskim.
Nakonec, esli to obshee reshenie (1.52) yavlyaetsya summoi dvuh ubyvayushih s techeniem vremeni eksponent, poskol'ku - Vozmozhnyi vid zavisimostei pohozh na to, chto izobrazheno na ris. 1.16, no vozvrat k ravnovesiyu osushestvlyaetsya medlennee, chem v kriticheskom rezhime, poskol'ku vyazkoe trenie bol'she. Dannyi rezhim dvizheniya nazyvaetsya aperiodicheskim, ili zakriticheskim.
Otmetim, chto naibolee bystroe vozvrashenie sistemy k polozheniyu ravnovesiya proishodit v kriticheskom rezhime, a v kolebatel'nom i aperiodicheskom rezhimah etot process dlitsya dol'she. Poetomu, naprimer, gal'vanometry - pribory dlya elektricheskih izmerenii - rabotayut obychno v rezhime, blizkom k kriticheskomu, kogda process ustanovleniya ih pokazanii, to est' smesheniya s ramki k ustoichivomu otkloneniyu imeet naimen'shuyu dlitel'nost' (sm. ris. 1.17).
Ris. 1.17. |
Illyustraciei k rassmotrennym zakonomernostyam zatuhayushih kolebanii yavlyayutsya fazovye portrety, postroennye dlya kolebatel'nogo a takzhe kriticheskogo i aperiodicheskogo rezhimov (ris. 1.18).
Ris.1.18. |
Pri fazovyi portret predstavlyaet soboi sovokupnost' spiralei, styagivayushihsya v osobuyu tochku tipa "fokus". Na ris. 1.18 izobrazhena odna iz takih spiralei. Za kazhdyi oborot radius spirali umen'shaetsya v raz. Dlya kriticheskogo i aperiodicheskogo rezhimov fazovye traektorii shodyatsya v osobuyu tochku tipa "uzel".
Zatuhanie kolebanii v sistemah s suhim treniem.
Na praktike my chasto imeem delo s sistemami, v kotoryh glavnuyu rol' igraet sila suhogo treniya, ne zavisyashaya ot skorosti. Tipichnyi primer - pruzhinnyi mayatnik, gruz kotorogo skol'zit po sherohovatoi gorizontal'noi poverhnosti, ili kolebatel'naya sistema u strelochnyh izmeritel'nyh priborov, osnovu kotoroi sostavlyaet vrashayushayasya ramka, ispytyvayushaya deistvie sil suhogo treniya v osi vrasheniya. Hotya sila suhogo treniya i ne menyaetsya po velichine, tem ne menee ona menyaet svoe napravlenie pri izmenenii napravleniya skorosti. V silu etogo neobhodimo zapisat' dva uravneniya
(1.70) |
(1.71) |
Esli v (1.70) ispol'zovat' peremennuyu a v (1.71) - to oba uravneniya primut odinakovyi vid:
(1.72) |
Fazovye traektorii, sootvetstvuyushie etomu uravneniyu, predstavlyayut soboi ellipsy s centrami, imeyushimi koordinaty dlya verhnei poluploskosti i dlya nizhnei poluploskosti Chtoby narisovat' fazovyi portret, neobhodimo somknut' fazovye traektorii verhnei i nizhnei poluploskostei na ih obshei granice
Iz postroennogo na ris. 1.19 fazovogo portreta vidno, chto dvizhenie prekrashaetsya posle konechnogo chisla kolebanii. Chrezvychaino vazhno, chto sistema ne obyazatel'no pridet k sostoyaniyu a mozhet ostanovit'sya, popav v zonu zastoya Zona zastoya tem bol'she, chem bol'she sila . Iz fazovogo portreta legko opredelit' ubyvanie amplitudy kolebanii za odin period. Eto izmenenie amplitudy v dva raza prevyshaet protyazhennost' zony zastoya:
(1.73) |
Takim obrazom, v otlichie ot eksponencial'nogo zakona (1.56), harakternogo dlya vyazkogo treniya, amplituda kolebanii ubyvaet so vremenem lineino.
Ris. 1.19. |
Na ris. 1.20 pokazana zavisimost' ot vremeni smesheniya koleblyushegosya tela pri suhom trenii. Chislo sovershaemyh sistemoi kolebanii do ih prekrasheniya zavisit ot nachal'noi amplitudy i ego mozhno ocenit' po formule:
(1.74) |
i zavisit ot nachal'noi amplitudy Chastota kolebanii ostaetsya takoi zhe, kak i pri otsutstvii sily treniya (sm. (1.72)).
Ris. 1.20. |
Kolebaniya prodolzhayutsya do teh por, poka ih amplituda ostaetsya bol'she poloviny shiriny zony zastoya Pri etom v real'nyh usloviyah koleblyushayasya massa ostanavlivaetsya v sluchainom polozhenii vnutri etoi zony (v tochke R na ris. 1.20).
Publikacii s klyuchevymi slovami:
kolebaniya - volny
Publikacii so slovami: kolebaniya - volny | |
Sm. takzhe:
|