阻尼振动受迫振动共振.ppt

阻尼振动阻尼振动 受迫振动受迫振动 共振共振1 实际振动过程存在着阻力，这种由弹性恢复力和实际振动过程存在着阻力，这种由弹性恢复力和阻力共同作用的振动叫阻力共同作用的振动叫阻尼振动阻尼振动•当物体低速运动时，阻力当物体低速运动时，阻力•当物体高速运动时，阻力当物体高速运动时，阻力弹簧、单摆振动过程，受到的阻力与速度正比反向弹簧、单摆振动过程，受到的阻力与速度正比反向子弹运动、卫星发射过程，受到的阻力与速度平方正子弹运动、卫星发射过程，受到的阻力与速度平方正比反向一、阻尼振动一、阻尼振动  谐振子的阻尼振动谐振子的阻尼振动  无阻尼的自由振动无阻尼的自由振动 由于振动系统要不断克服阻力作功，所以要逐渐由于振动系统要不断克服阻力作功，所以要逐渐损耗振动的能量使振幅逐渐变小直至振动停止损耗振动的能量使振幅逐渐变小直至振动停止2 振动系统受介质的粘滞阻力与速度大小成正比，振动系统受介质的粘滞阻力与速度大小成正比，与其方向相反与其方向相反弹性力或准弹性力和上述阻力作用下的动力学方程：弹性力或准弹性力和上述阻力作用下的动力学方程：以弹簧一维振动为例以弹簧一维振动为例1.1.阻尼振动方程（低速）阻尼振动方程（低速）3令令为二阶常系数齐次微分方程。

为二阶常系数齐次微分方程阻尼振动微分方程阻尼振动微分方程称称 为振动系统的固有角频率，称为振动系统的固有角频率，称 为阻尼系数为阻尼系数通解通解41.欠阻尼振动欠阻尼振动------阻尼很小阻尼很小为虚数，令为虚数，令A 与与  由初始条件确定由初始条件确定通解：通解：可写成可写成2.2.几种阻尼振动几种阻尼振动阻尼较小时，阻尼较小时，5振幅项振幅项随时间周期性衰减随时间周期性衰减txo•周期因子周期因子振动周期振动周期无阻尼时无阻尼时有阻尼时，周期变长有阻尼时，周期变长这种情况称为这种情况称为欠阻尼欠阻尼阻力使周期增大阻力使周期增大62 2. .过阻尼振动过阻尼振动过阻尼振动过阻尼振动------------阻尼很大阻尼很大阻尼很大阻尼很大由通解由通解两项都衰减，不是周期振动两项都衰减，不是周期振动如如:单摆放在粘滞的单摆放在粘滞的油筒中摆到平衡位置油筒中摆到平衡位置须很长时间须很长时间其中其中 是积分是积分常数，由初始条件常数，由初始条件来决定，来决定，无振动发生无振动发生不能往复运动不能往复运动7过阻尼过阻尼临界阻尼临界阻尼三种阻尼振动比较三种阻尼振动比较三种阻尼振动比较三种阻尼振动比较欠阻尼欠阻尼3 3. .临界阻尼振动临界阻尼振动临界阻尼振动临界阻尼振动通解通解衰减函数衰减函数临界阻尼达到平衡位置的时临界阻尼达到平衡位置的时间最短，但仍不能超过平衡间最短，但仍不能超过平衡位置。

位置 临界阻尼情况是振动系统刚临界阻尼情况是振动系统刚刚不能作准周期振动，而很刚不能作准周期振动，而很快回到平衡位置的情况，应快回到平衡位置的情况，应用在天平调衡中用在天平调衡中8 在阻尼振动中，要维持振动，外界需加一个周期的在阻尼振动中，要维持振动，外界需加一个周期的强迫力强迫力------策动力策动力这种在周期性处力作用下进行这种在周期性处力作用下进行的振动叫受迫振动的振动叫受迫振动1.受迫振动方程受迫振动方程弹簧受弹性力弹簧受弹性力阻尼力阻尼力策动力策动力二、受迫振动二、受迫振动 共振共振1.1.受迫振动受迫振动以弹簧一维振动为例以弹簧一维振动为例9令令受迫振动方程受迫振动方程---二阶常系数非齐次微分方程二阶常系数非齐次微分方程通解通解受迫受迫振动可以看成是两个振动合成的振动可以看成是两个振动合成的10通解：通解：•第一项为阻尼振动项，当时间较长时衰减为第一项为阻尼振动项，当时间较长时衰减为0•第二项为策动力产生的周期振动第二项为策动力产生的周期振动开始时运动比较复杂，当第一项衰减为开始时运动比较复杂，当第一项衰减为 0 后，后， 只作只作受迫振动，振动频率为策动力的频率。

受迫振动，振动频率为策动力的频率经过足够长的时间，受迫振动的稳定态为：经过足够长的时间，受迫振动的稳定态为：振幅振幅A是是p的函数的函数11 在受迫在受迫振动中，振子因外力对它作功而获得能量，振动中，振子因外力对它作功而获得能量，同时又因有阻尼而损耗能量受迫振动开始时，前者同时又因有阻尼而损耗能量受迫振动开始时，前者大于后者，从而振动逐渐加强，随着振动加强，损耗大于后者，从而振动逐渐加强，随着振动加强，损耗能量增多，直到获得能量恰好补偿损耗的能量时，达能量增多，直到获得能量恰好补偿损耗的能量时，达到稳定状态到稳定状态强调：无阻尼的线性振子的振动与受迫稳态振动，从强调：无阻尼的线性振子的振动与受迫稳态振动，从运动学角度看，都是简谐振动但从动力学角度看二运动学角度看，都是简谐振动但从动力学角度看二者有本质的区别：者有本质的区别： 线性振子是保守的孤立系统，系统机械能守恒，线性振子是保守的孤立系统，系统机械能守恒，有其自身的固有频率；有其自身的固有频率； 而受迫稳态振动是开放的耗散系统，它不断从策而受迫稳态振动是开放的耗散系统，它不断从策动力源吸收能量，同时又由于阻尼而耗散能量，它只动力源吸收能量，同时又由于阻尼而耗散能量，它只按外力的频率振动。

并且受迫振动的振幅、初位相只按外力的频率振动并且受迫振动的振幅、初位相只由振动系统和外力性质决定，而与初始条件无关由振动系统和外力性质决定，而与初始条件无关122.2.共振共振受迫受迫振动的振幅出现极大振动的振幅出现极大值的现象叫做振幅共振值的现象叫做振幅共振时，时，有极大值有极大值当当时时A最大当阻尼很小，策动力频当阻尼很小，策动力频率等于固有频率时振幅率等于固有频率时振幅最大最大------共振共振圆频率共振圆频率13。