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:
|