Drgania tłumione i rezonans: skąd bierze się duża amplituda?
Huśtawki nie trzeba popychać bardzo mocno, żeby rozkołysać ją wysoko. Ważne jest, kiedy dostarczamy energię. Z kolei opory stale ją odbierają i ograniczają narastanie amplitudy.
W tym materiale
Huśtawki nie trzeba popychać bardzo mocno, żeby rozkołysać ją wysoko. Ważne jest, kiedy dostarczamy energię. Z kolei opory stale ją odbierają i ograniczają narastanie amplitudy.
Potrzebne wiadomości: Okres, częstotliwość i bilans energii oscylatora.
Swobodne drgania z oporem
W modelu liniowym m\ddot x+b\dot x+kx=0. Składnik b opisuje siłę oporu przeciwną do prędkości. Dla słabego tłumienia obwiednia amplitudy maleje jak A(t)=A_0e^{-bt/(2m)}. Energia związana z obwiednią maleje szybciej, bo jest proporcjonalna do A². Silne tłumienie może usunąć oscylacje i dać sam powrót do równowagi.
Wymuszenie okresowe
Jeżeli dochodzi siła F_0\cos(\Omega t), w stanie ustalonym układ drga z częstością wymuszającą Ω. Amplituda zależy od różnicy względem częstości własnej oraz od tłumienia. W pobliżu rezonansu dopływ energii jest szczególnie skuteczny. Dla małego tłumienia maksimum leży blisko \omega_0=\sqrt{k/m}; nie należy twierdzić, że przy dowolnym tłumieniu zawsze dokładnie w tym samym punkcie.
W stanie ustalonym średnia dostarczana moc równoważy straty. Duża amplituda nie oznacza tworzenia energii z niczego. Gdy źródło przestaje wymuszać ruch, amplituda maleje. Tłumienie spłaszcza i poszerza maksimum rezonansowe.
Jeżeli po każdym okresie amplituda pozostaje równa 0,8 poprzedniej, energia pozostaje równa 0,64 poprzedniej. To utrata 36%, nie 20%. Modele liniowe przestają wystarczać przy dużych odkształceniach; rzeczywiste konstrukcje nie są idealnymi oscylatorami o nieograniczonej amplitudzie.
Zadania do tego tematu
- Dwa kolejne spadki amplitudy
- Dlaczego mniejsze tłumienie daje wyższy szczyt rezonansu?
- Częstotliwość ruchu po ustaleniu wymuszenia
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto