相關介紹
無阻尼運動
機械振動按振幅的變化可分為阻尼振動(減幅振動)和無阻尼振動(等幅振動).
物體做無阻尼振動僅指其振幅大小不變,物體作簡諧運動時,隻受回複力的作用,不受任何阻力,不對外做功,系統沒有能量輸出、輸入,總能量守恒,振幅保持不變,這是一種無阻尼的自由振動.
另外一種是受迫等幅振動.物體在振動的過程中有能量的輸出(損耗),系統又從外界輸入了能量,正好補償了在振動過程中所輸出(損耗)的能量.這種振動系統的能量和振幅都保持不變.這種無阻尼運動并不是不受阻力。
能量的減少
能量減少的方式有兩種:
一種是由于摩擦阻力的作用使振動系統的能量逐漸轉化為熱運動的能量.例如單擺擺動的過程中振幅減小或停下來就是由于系統的阻力作用使擺的機械能轉化為空氣的内能.
另一種是振動系統引起周圍物質的振動,使能量以波的形式向四周發出.例如:琴弦發出聲音不僅因為有空氣的阻力要消耗能量,同時也因為以波的形式輻射而減少能量.最後琴弦會停止振動.
當阻尼很小時,在一段不太長的時間看不出振幅有明顯的減小,就可以把它當作簡諧運動來處理.
假設振動幅度較小時,摩擦力正比于質點的速率,應用牛頓第二定律,我們可以得到阻尼振動的動力學方程。
動力學方程
如圖,以液體中的彈簧振子為例,介紹阻尼振動的動力學方程。
假設:振動速度較小時,摩擦力正比于質點的速率。即:
對物塊應用牛頓第二定律:
為二階線性常系數齊次方程,即阻尼振動的動力學方程。
應用
例如:天平的指針最好處于臨界阻尼狀态。(理想)
電流表、電壓表的指針最好處于臨界阻尼狀态,有時處于欠阻尼狀态。