Найдите уравнение результирующего колебания полученного от сложения

Найдите уравнение результирующего колебания полученного от сложения

Гармоническое колебательное движение и волны

Написать уравнение результирующего колебания, получающегося в результате сложения двух взаимно перпендикулярных колебаний с одинаковой частотой ν₁ = ν₂ = 5 Гц и с одинаковой начальной фазой φ₁ = φ₂ = π/3. Амплитуды колебаний равны А₁ = 0,10 м и A₂ = 0,05 м.

Дано:

Решение:

При сложении двух взаимно перпендикулярных колебаний с разностью фаз равной нулю, результирующее колебание происходит по диагонали прямоугольника со сторонами равными амплитудам складываемых колебаний по уравнеию

Амплитуда результирующего колебания

Циклическая частота колебаний

Начальная фаза колебаний совпадет с начальной фазой складываемых колебаний.

Сложение гармонических колебаний

Если колебательная система одновременно участвует в двух (или более) независимых колебательных движениях, возникает задача — найти результирующее колебание. В случае однонаправленных колебаний под этим понимается нахождение уравнения результирующего колебания; в случае взаимно перпендикулярных колебаний — нахождение траектории результирующего колебания.

Метод векторных диаграмм

Рассмотрим вращающийся против часовой стрелки с постоянной угловой скоростью w вектор А. Очевидно, что угол j = w t + j₀ где j₀ — начальный угол.

Проекции вектора А на оси координат запишутся:

Видно, что проекции вращающегося вектора на оси координат по форме совпадают с уравнением гармонических колебаний, если угловой скорости вектора сопоставить угловую частоту колебаний, а начальному углу — начальную фазу.

Проводя аналогию дальше, можно сказать, что результат сложения двух однонаправленных колебаний можно получить следующим путем: необходимо сложить два вектора, а проекции суммарного вектора на оси координат будут являться уравнениями результирующего колебания. Рассмотрим этот метод на примере сложения двух колебаний с произвольными частотами. Пусть наше тело участвует в двух совпадающих по направлению колебаниях:

Сопоставим этим колебаниям два вектора А₁ и А₂, вращающихся с соответствующими угловыми скоростями.

Сопоставляем колебаниям проекции векторов на ось y. Задача сложения колебаний сводится к нахождению проекции вектора А на ось y (амплитуда результирующего колебания) и угла f (фаза результирующего колебания).

Из очевидных геометрических соображений находим:

Отметим, что в общем случае сложения колебаний с разными частотами амплитуда результирующего колебания будет зависеть от времени. Если же частоты одинаковы, то , то есть зависимость от времени исчезает. На языке векторной диаграммы это означает, что складываемые векторы при своем вращении не меняют своего относительного положения. В этом случае формулы для амплитуды и фазы результирующего колебания запишутся так:

Рассмотрим сложение двух однонаправленных колебаний с неравными, но близкими частотами, то есть , и пусть для определенности . Для простоты пусть начальные фазы и амплитуды этих колебаний равны. В результате сложения двух колебаний

получим уравнение суммарного колебания:

Полученное результирующее колебание не является гармоническим (сравни с уравнением (1)); такого вида колебания носят название биений, название понятно, если посмотреть на график колебаний.

Величина, стоящая перед синусом, меняется со временем относительно медленно, так как разность частот мала. Эту величину условно называют амплитудой биений, а разность складываемых частот — частотой биений (циклической).

При сложении взаимно перпендикулярных колебаний необходимо найти уравнение траектории тела, то есть из уравнений колебаний типа x = x(t), y = y(t) исключить t и получить зависимость типа y(x).

например, сложим два колебания с одинаковыми частотами:

исключив время, получим:

В общем случае это — уравнение эллипса. При A₁=A₂ — окружность, при (m — целое) — отрезок прямой.

Вид траектории при сложении взаимно перпендикулярных колебаний зависит от соотношения амплитуд, частот и начальных фаз складываемых колебаний. Получающиеся кривые носят название фигур Лиссажу.

Найдите уравнение результирующего колебания полученного от сложения

Разность фаз двух одинаково направленных гармонических колебаний одинакового периода T = 4 с и одинаковой амплитуды А = 5 см составляет π/4. Напишите уравнение движения, получающегося в результате сложения этих колебаний, если начальная фаза одного из них равна нулю.

Складываются два гармонических колебания одного направления, имеющие одинаковые амплитуды и одинаковые начальные фазы, с периодами Т₁ = 2 с и Т₂ = 2,05 с. Определите: 1) период результирующего колебания; 2) период биения.

Один конец упругого стержня соединен с источником гармонических колебаний, подчиняющихся закону ξ = A cosωt, а другой его конец жестко закреплен. Учитывая, что отражение в месте закрепления стержня происходит от менее плотной среды, определите характер колебаний в любой точке стержня.

Складываются два гармонических колебания одного направления, описываемых уравнениями х₁ = 3соs2πt, см х₂ = 3 cos(2πt + π/4), см. Определите для результирующего колебания: 1) амплитуду; 2) начальную фазу. Запишите уравнение результирующего колебания и представьте векторную диаграмму сложения амплитуд.

Гармонические колебания величины s описываются уравнением s = 0,02cos(6πt+π/3), м. Определите: 1) амплитуду колебаний; 2) циклическую частоту; 3) частоту колебаний; 4) период колебаний.

Гармонические колебания в электрическом контуре начались (t = 0) при максимальном напряжении на конденсаторе U_m = 15 B и токе, равном нулю на частоте ν = 0,5 МГц. Электроемкость конденсатора С = 10 нФ. Записать уравнение колебаний тока в контуре.

Найти амплитуду А и начальную фазу φ₀ гармонического колебания, полученного от сложения одинаково направленных колебаний, заданных уравнениями х₁ = 0,02sin(5πt + π/2) м и x₂ = 0,030sin(5πt + π/4) м.

Амплитуда результирующего колебания, получающегося при сложении двух одинаково направленных гармонических колебаний одинаковой частоты, обладающих разностью фаз 60°, равна 6 см. Определить амплитуду второго колебания, если А₁ = 5 см.

Постройте в тетради графики и спектры гармонических колебаний, заданных следующими временными зависимостями: x₁ = 2 sin πt, х₂ = sin 2πt. Выполните сложение этих колебаний, расположите графики точно один под другим. Постройте спектры колебаний.

По заданному уравнению x = 20 cos 2πt (см) гармонических колебаний пружинного маятника определить основные параметры колебательной системы (x_m, ω, ν, T, k), нарисовать графики зависимости координаты, скорости и ускорения от времени. m = 10 г.

При сложении гармонических колебаний с близкими частотами уравнение результирующих колебаний (биений) имеет вид: х = 10·cos(4t)·cos(104t) мм. Определить частоты складываемых колебаний и записать уравнения этих колебаний.

При сложении гармонических колебаний с близкими частотами уравнение результирующих колебаний имеет вид: х = 10·cos(4t)·cos(104t) мм. Определить частоты складываемых колебаний и записать уравнения этих колебаний. Сколько колебаний совершает колеблющаяся точка за время, равное периоду биений?

Амплитуды и периоды двух одинаково направленных гармонических колебаний равны, фазы же различаются на 2π/3. Уравнение результирующего колебания в единицах СИ имеет вид x = 0,2cos(πt+π). Определить уравнения слагаемых колебаний.

Найдите период гармонических колебаний физического маятника, показанного на рисунке. Маятник представляет собой два однородных металлических стержня известной массы m каждый, сваренных перпендикулярно друг к другу. Ось вращения расположена на конце одного из стержней. Длина каждого стержня равна l.

Точка участвует в двух гармонических колебаниях одного направления: x₁ = 3·cos(10πt + π/2), см; х₂ = 4·cos(10πt+π/3), см. Записать уравнение результирующего колебания.