Реферат
На тему «Сложение колебаний»Студента I –го курса гр. 107
Шлыковича Сергея
Минск 2001
Колебаниями называются движения или процессы, обладающие той или иной повторяемостью во времени.
Сложение нескольких гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты становится наглядным, если изображать колебания графически в виде векторов на плоскости. Полученная таким способом схема называется векторной диаграммой .
Возьмем ось, вдоль которой будем откладывать колеблющуюся величину x . Из взятой на оси точки О отложим вектор длины A, образующий с осью угол б. Если привести этот вектор во вращение с угловой скоростью щ0 , то проекция конца вектора будет перемещаться по оси x в пределах от —А до +A , причем координата этой проекции будет изменяться со временем по закону
Следовательно, проекция конца вектора на ось будет совершать гармонические колебания с амплитудой, равной длине вектора, с круговой частотой, равной угловой скорости вращения вектора, и с начальной фазой, равной углу, образуемому вектором с осью в начальный момент времени.
Таким образом, гармоническое колебание может быть задано с помощью вектора, длина которого равна амплитуде колебания, а направление образует с осью x угол, равный начальной фазе колебаний.
Рассмотрим сложение двух гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Результирующее колебаниебудет суммой колебаний х1 и x2 , которые определяются функциями
, (1)
Представим оба колебания с помощью векторов A1 и А2 . Построим по правилам сложения векторов результирующий вектор А . На рисунке видно, что проекция этого вектора на ось x равна сумме проекций складываемых векторов:
Поэтому, вектор A представляет собой результирующее колебание. Этот вектор вращается с той же угловой скоростью щ0 , как и векторы А1 и А2 , так что сумма x1 и х2 является гармоническим колебанием с частотой (щ0 , амплитудой A и начальной фазой б. Используя теорему косинусов получаем, что
(2)
Также, из рисунка видно, что
(3)
Представление гармонических колебаний с помощью векторов позволяет заменить сложение функций сложением векторов, что значительно проще.
Сложение колебаний во взаимно перпендикулярных направлениях.
Представим две взаимно перпендикулярные векторные величины x и y , изменяющиеся со временем с одинаковой частотой щ по гармоническому закону, то
(1)
Где ex и eу — орты координатных осей x и y, А и B — амплитуды колебаний. Величинами x и у может быть, например, смещения материальной точки (частицы) из положения равновесия.
В случае колеблющейся частицы величины
, (2)
определяют координаты частицы на плоскости xy. Частица будет двигаться по некоторой траектории, вид которой зависит от разности фаз обоих колебаний. Выражения (2) представляют собой заданное в параметрической форме уравнение этой траектории. Чтобы получить уравнение траектории в обычном виде, нужно исключить из уравнений (2) параметр t. Из первого уравнения следует, что
(3) Соответственно (4)
Развернем косинус во втором из уравнений (2) по формуле для косинуса суммы:
Подставим вместо cos щ t и sinщt их значения (3) и (4):
Преобразуем это уравнение
(5)
Это уравнение эллипса, оси которого повернуты относительно координатных осей х и у. Ориентация эллипса и его полуоси зависят довольно сложным образом от амплитуд A и В и разности фаз б.
Попробуем найти форму траектории для нескольких частных случаев.
1. Разность фаз б равна нулю. В этом случае уравнение (5) упрощается следующим образом:
Отсюда получается уравнение прямой:
Результирующее движение является гармоническим колебанием вдоль этой прямой с частотой щ и амплитудой, равной (рис. 1 а).
2. Разность фаз б равна ±р. Из уравнение (5)имеет вид
Следовательно, результирующее движение представляет собой гармоническое колебание вдоль прямой
(рис. 1 б)
3. При уравнение (5) переходит в уравнение эллипса, приведенного к координатным осям:
Полуоси эллипса равны соответствующим амплитудам колебаний. При равенстве амплитуд А и В эллипс превращается в окружность.
Случаи и отличаются направлением движения по эллипсу или окружности.
Следовательно, равномерное движение по окружности радиуса R с угловой скоростью щ может быть представлено как сумма двух взаимно перпендикулярных колебаний:
,
(знак плюс в выражении для у соответствует движению против часовой стрелки, знак минус — движению по часовой стрелке).
Если частоты взаимно перпенди
Внимание, отключите Adblock
Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!
Одними из наиболее популярных услуг на рынке IT-технологий являются создание и продвижение лендингов. Они способны положительно влиять на деятельность любого бизнес-проекта в интернете. Судя по многочисленным отзывам, заказавшие создание лендингов люди ни разу не пожалели о потраченных деньгах. Они вложили в будущее, которое неразрывно связано с интернетом. Всё больше и больше предпринимателей обращаются к услугам разных агентств, веб-студий, чтобы заказать создание лендинга у профессионалов.