Додавання коливань, биття, фігури лісажу

Додамо гармонічні коливання однакового напряму і однакової частоти:

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru , додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru .

Для цього зобразимо гармонічне коливання графічно методом обертового вектора амплітуди або методом вектороної діаграми.

З точки 0, вибрані на вісі Х, під кутами додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru (початкова фаза першого коливання) і додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru (початкова фаза другого коливання) відкладаємо модуль амплітуд додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru і додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru (Рис.1).

При обертанні векторів амплітуд навколо точки 0 з кутовою швидкістю додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru , проекції векторів будуть переміщуватись по вісі Х в межах числових значень амплітуд, змінюючись згідно з гармонічним законом.

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

Очевидно, що рівняння результуючого коливання буде рівнянн гармонічного коливання тієї ж частоти і того ж напрямку.

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru - теорема косинусів

Відповідно малюнку

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru ; додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru .

В результаті додавання одержуємо коливання з періодично змінюваного (пульсуючого) амплітудою – биття (рис.2). додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

Нехай додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru і додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru ; додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru .

Тоді додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru ; додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru ;

Знайдемо рівняння результуючого коливання аналітичним методом:

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

Результуюче коливання майже гармонічне з частотою і повільно гармонічне з частотою, що змінюється:

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru .Пунктирна лінія на рис.2 графічно це зображує. Суцільна лінія – графік результуючого коливання.

Частота змінювання модуля косинуса додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru - частота биття, або додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru . Період биття додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru .

ДОДАВАННЯ ВЗАЄМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНИХ КОЛИВАНЬ

Розглянемо випадок, коли коливальна система бере участь в 2-х взаємно перпендикулярних коливанняхз (промінь осцилографа при подачі гармонічної напруги на вертикальні і горизонтальні платівки).

Нехай додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru ; додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru ; додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru .

Рівняння траекторії результуючого коливання знаходиться шляхом виключення параметра t.

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

Розглянемо випадки:

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru 1) додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru , тоді рівняння набуває вигляд

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru , якщо А=В, то

2) додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

3) додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru 4) додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru , то результуюче коливання відбувається по складній траекторії, форма якої залежить від різниці фаз і співвідношення частот.

Якщо провести дотичні до траекторії, паралельні вісям, то відношення чисел дотиків обернено пропорційне частотам коливань, що додаються.

Методом фігур Ліссажу визначають невідому частоту.

додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru де A,B — амплітуди коливань,a,b — частоти,δ — зсув фаз.

Вигляд кривої сильно залежить від співвідношення a/b. Коли співвідношення дорівнює 1, фігура Ліссажу має вигляд еліпсу, за певних умов вона має вигляд кола (A = B, δ = π/2 радіан) і лінії (δ = 0). Інший приклад фігури Ліссажу — парабола (a/b = 2, δ = π/2). Інші співвідношення продукують більш складні фігури, які є замкненими за умови a/b — раціональне число. Припускається, що візуальна форма цих кривих є часто тривимірним вузлом, і насправді, проекції на площину багатьох вузлів, включаючи вузли Ліссажу, є фігурами Ліссажу. Фігури Ліссажу, де a = 1, b = N (N — натуральне число) і додавання коливань, биття, фігури лісажу - student2.ru є поліномами Чебишева першого роду степеня N.

Наши рекомендации