Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления.

Q(t) - обобщенная сила характеризующая внешнее воздействие на колебательную систему. Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , где: H - амплитуда, p - циклическая (круговая) частота, Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru - начальная фаза обобщенной силы. Определяем положение системы обобщенной координатой q, при равновесии Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru Уравнение Лагранжа II рода: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (1). Так как равновесие устойчиво, а возмущения малы, для Т и П воспользуемся выражениями: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . Находим: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (2). Подставляя (2) в (1), получим: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , где: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru = const, круговая или циклическая частота собственных колебаний системы, Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru = const. Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru - НЛДУ II порядка с постоянными коэффициентами (1). Решение q(t) это сумма общего решения Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru однородного уравнения и частного решения Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru неоднородного уравнения, то есть: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . Однородное уравнение для определения Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru это уравнениее собственных колебаний, его решение: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . Частное решение Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru неоднородного уравнения называют вынужденными колебаниями системы. Оно зависит от соотношения круговых частот «k» и «p» свободных колебаний и возмущающей силы. Здесь возможны два случая: отсутствие резонанса ( Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru ) и резонанс ( Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru ). k≠p Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru - частное решение (1) Далее, учитывая общее решение уравнения и частное, запишем общее решение для (1): Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , или в амплитудной форме Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru Постоянные Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru определяются из начальных условий: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru .k=p Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru - частное решение (1) Далее, учитывая общее решение уравнения и частное, запишем общее решение для (1): Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , или в амплитудной форме: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . Постоянные Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru определяются из начальных условий: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru .
18)Свободные колебания механической системы с двумя степенями свободы без сопротивления.

В частном случае системы с двумя степенями свободы квадратичные формы Т, П, Ф будут соответственно равны Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru ; (4.1) Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru ; (4.2) Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , (4.3) а дифференциальные уравнения малых колебаний примут вид Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.4) Рассмотрим свободные колебания консервативной системы. В этом случае Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и дифференциальные уравнения принимают вид: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.5) Начальные условия для Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru имеют вид: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.6) В силу положительной определенности квадратичной формы кинетической энергии обобщенные инерционные коэффициенты удовлетворяют соотношениям Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru а аналогичные соотношения для квазиупругих коэффициентов Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru являются достаточными условиями устойчивости положения равновесия системы. Коэффициенты Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , связывающие в уравнениях (4.5) обобщенные координаты Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , называют соответственно коэффициентами инерционной и упругой связи. Если в колебательной системе коэффициент Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , ее называют системой с упругой связью, а если Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru – системой с инерционной связью. Парциальной системой, соответствующей обобщенной координате Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , называют условную колебательную систему с одной степенью свободы, получаемую из исходной системы, если наложить запрет на изменение всех обобщенных координат, кроме Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . Парциальными частотами называют собственные частоты Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru парциальных систем: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . (4.7) Поскольку уравнения (4.5) содержат только обобщенные координаты и их вторые производные по времени, ищем их решение в виде Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.8) где Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru – пока неопределенные величины. Подставив (4.8) в (4.5) и приравняв коэффициенты при синусах, получим однородную алгебраическую систему относительно Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и А₂ Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.9) Для того, чтобы однородная алгебраическая система (4.9) имела ненулевое решение, она должна быть вырожденной, т.е. ее определитель должен равняться нулю: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.10) Следовательно, решение (4.7) будет иметь смысл только при тех значениях Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , которые удовлетворяют условию (4.9). Раскрывая (4.10), получаем Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.11) или Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.12) Уравнение, представленное в форме (4.10), (4.11) или (4.12) называют частотным.Как видно из (4.12) частотное уравнение – биквадратное уравнение. Найденные из (4.10)–(4.12) значения Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru называют собственными частотами колебаний системы.Исследование корней частотного уравнения позволяет сделать следующие выводы: 1) если положение равновесия устойчивое, то оба корня частотного уравнения положительны; 2) первая собственная частота системы Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru всегда меньше меньшей парциальной частоты, а вторая Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru – больше большей парциальной частоты. Для колебательных систем с упругой связью ( Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru = 0) справедливо равенство Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.13) Запишем два частных независимых решения, соответствующих частотам Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , в виде Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.14) где вторая цифра в индексе соответствует номеру частоты, или номеру тона колебаний.Константы Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru не являются независимыми, так как система (4.9) вырожденная. Коэффициенты связаны между собой соотношениями Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , где Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . (4.15) Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , где Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . (4.16) С учетом (4.15) и (4.16) частные решения (4.14) будут иметь вид Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.17) Колебания, уравнения которых имеют вид (4.17) называют хлавными колебаниями. Они представляют собой гармонические колебания с частотами Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru соответственно. Коэффициенты Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru называют коэффициентами распределения амплитуд. Они характеризуют отношение амплитуд в главных колебаниях или форму главных колебаний. Коэффициенты распределения амплитуд и, следовательно, формы главных колебаний, как и собственные частоты, определяются параметрами самой колебательной системы и не зависят от начальных условий. Поэтому формы колебаний называют, так же как и частоты, собственными формами колебаний при колебаниях по соответствующему тону. Общее решение системы уравнений (4.5) может быть представлено как сумма найденных частных решений (4.17) Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.18) Общее решение содержит четыре неопределенные постоянные Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , которые должны определяться из начальных условий (4.6). При произвольных начальных условиях обе константы Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru отличны от нуля. Это означает, что изменение во времени каждой обобщенной координаты будет представлять собой сумму хармонических колебаний с частотами Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . А такие колебания являются не только не хармоническими, но в общем случае и не периодическими. Рассмотрим случай свободных колебаний системы, когда собственные частоты колебаний системы Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru мало отличаются друг от друга: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru Обозначим Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru разность аргументов синусов в общем решении (4.18) уравнений свободных колебаний Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru . (4.19) При Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru величина Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , а с возрастанием времени эта зависимость из-за малости Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru увеличивается очень медленно. Тогда Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru С учетом последнего равенства, общее решение уравнений свободных колебаний (4.18) может бытьт записано в виде: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.20) В этих уравнениях Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.21) Так как выражения (4.21) зависят от Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , а угол Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru медленно изменяется с изменением времени, то рассматриваемые колебания (4.20) будут колебаниями с периодически изменяющейся амплитудой. Период изменения амплитуды в этом случае значительно больше периода колебаний (рис. 4.1). Если коэффициенты распределения амплитуд Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru имеют разные знаки, то максимуму Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru соответствует минимум Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и наоборот. При усилении первого главного колебания интенсивность второго главного колебания уменьшается и наоборот, то есть энергия движения системы периодически оказывается как бы сосредоточенной то в одном, то в другом звене этой вибрирующей системы. Такое явление называют биением.Возможен другой подход к решению задачи о свободных колебаниях системы – найти какие-то новые обобщенные координаты Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru называемые нормальнымиили главными, для которых при любых начальных условиях движение будет одночастотным и хармоническим. Зависимость между обобщенными координатами Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru , выбранными произвольно, и главными координатами Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru можно выразить так: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.22) где Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru – коэффициенты распределения амплитуд (коэффициенты формы). Можно показать, что переход от исходных координат к главным приводит квадратичные формы кинетической и потенциальной энергии к каноническому виду: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.23) Здесь Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru Подставив полученные для Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru выражения (4.23) в уравнения Лагранжа второго рода, получим уравнения малых колебаний системы в главных координатах: Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru причем Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru Выразив из системы (4.22) Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru через Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru и Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru получим

Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru

Вынужденные колебания механической системы с одной степенью свободы без сопротивления. - student2.ru (4.24)Нормальные координаты находят широкое применение при решении задач о вынужденных колебаниях в случае произвольного возмущения, а также при решении задач о свободном движении в неконсервативных системах. Вопросы? Не слышу?
19)Вынужденные колебания механической системы с двумя степенями свободы без сопротивления. Не проходили:D

Наши рекомендации