Молекулярная физика. Часть 1. Колебания и волны. Кукуев В.И - 3 стр.

UptoLike

3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
МЛ-1/1
ИЗУЧЕНИЕ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ
Цель работы определение декремента, логарифмического декре-
мента и коэффициента затухания крутильных колебаний тела при наличии
линейного сопротивления среды.
ТЕОРИЯ МЕТОДА
Рассмотрим систему с одной степенью свободы, совершающую ма-
лые колебания при наличии в среде вязкого трения. Колебания в такой
среде со временем затухают. Силы вязкого трения, вообще говоря, доволь-
но сложным образом зависят от скорости, однако во многих случаях, когда
скорость движения тела достаточно мала, можно считать, что сила сопро-
тивления зависит от скорости линейно. Обозначив через х смещение тела
из положения равновесия и учитывая, что возвращающая сила равнаkx,
можно уравнение движения тела записать следующим образом:
xrkxxm
&
&
&
-
-
=
, (1)
где r коэффициент сопротивления среды. Вводя обозначения
m
k
=
2
0
w
,
m
r
2
=
d
, (2)
перепишем уравнение (1) в виде
02
2
0
=++ xxx
wd
&
&
&
. (3)
Решение линейного дифференциального уравнения (3) в случае ма-
лого трения (δ < ω
0
) имеет вид (проделайте это решение сами)
0
cos(),
t
xaet
d
wa
-
=+
(4)
где a
0
и α постоянные, определяемые из начальных условий, а величина
ω равна
22
0
wwd
=-
(5)
Движение, подчиняющееся закону (3), можно лишь условно рас-
сматривать как периодическое с частотой (5) и периодом
22
0
2
dw
p
-
=T
, (6)
т. к. амплитуда колебаний уменьшается со временем по экспоненциально-
му закону
0
.
t
aae
d
-
=
(7)
Из последнего выражения виден смысл постоянной a
0
это амплиту-
да колебания в начальный момент t = 0. Вторая постоянная α в законе движе-
ния (4), очевидно, имеет смысл начальной фазы затухающего колебания.
                          ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
                                 МЛ-1/1

                ИЗУЧЕНИЕ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ

     Цель работы – определение декремента, логарифмического декре-
мента и коэффициента затухания крутильных колебаний тела при наличии
линейного сопротивления среды.

                              ТЕОРИЯ МЕТОДА

       Рассмотрим систему с одной степенью свободы, совершающую ма-
лые колебания при наличии в среде вязкого трения. Колебания в такой
среде со временем затухают. Силы вязкого трения, вообще говоря, доволь-
но сложным образом зависят от скорости, однако во многих случаях, когда
скорость движения тела достаточно мала, можно считать, что сила сопро-
тивления зависит от скорости линейно. Обозначив через х смещение тела
из положения равновесия и учитывая, что возвращающая сила равна –kx,
можно уравнение движения тела записать следующим образом:
                               m �x� � � kx � r x� ,                 (1)
где r – коэффициент сопротивления среды. Вводя обозначения
                               k                     r
                        � 02 �       ,     � �         ,             (2)
                               m                  2m
перепишем уравнение (1) в виде
                              �x� � 2 � x� � � 02 x � 0 .           (3)
      Решение линейного дифференциального уравнения (3) в случае ма-
лого трения (δ < ω0) имеет вид (проделайте это решение сами)
                                  x � a0 e �� t cos(� t � � ),      (4)
где a0 и α – постоянные, определяемые из начальных условий, а величина
ω равна
                                  � � � 02 � � 2 .                  (5)
       Движение, подчиняющееся закону (3), можно лишь условно рас-
сматривать как периодическое с частотой (5) и периодом
                                             2�
                                     T�              ,                 (6)
                                          � 02 � � 2
т. к. амплитуда колебаний уменьшается со временем по экспоненциально-
му закону
                                     a � a 0e �� t .                   (7)
       Из последнего выражения виден смысл постоянной a0 – это амплиту-
да колебания в начальный момент t = 0. Вторая постоянная α в законе движе-
ния (4), очевидно, имеет смысл начальной фазы затухающего колебания.
                                     3