Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний Кинематика гармонических колебаний

Энергия и импульс гармонического осциллятора. Фазовая траектория. Уравнение колебаний физического маятника. Квазиупругая сила. Свободные затухающие колебания. Логарифмический декремент затухающих колебаний. Добротность колебательной системы. Вынужденные колебания. Механический резонанс.

Задачи

Кинематика гармонических колебаний

6.1. Уравнение колебаний точки имеет вид , где ω=π с-1, τ=0,2 с. Определить период Т и начальную фазу φ колебаний.

6.2. Определить период Т, частоту v и начальную фазу φ колебаний, заданных уравнением , где ω=2,5π с-1, τ=0,4 с.

6.3. Точка совершает колебания по закону , где A=4 см. Определить начальную фазу φ, если: 1) х(0)=2 см и  ; 2) х(0) =см и ; 3) х(0)=2см и ; 4) х(0)=  и . Построить векторную диаграмму для момента t=0.

6.4. Точка совершает колебания .по закону , где A=4 см. Определить начальную фазу φ, если: 1) х(0)=2 см и  ; 2) x(0)= см и ; 3) х(0)= см и ; 4) x(0)=см и . Построить векторную диаграмму для момента t=0.

6.5. Точка совершает колебания по закону , где A=2 см; ; φ= π/4 рад. Построить графики зависимости от времени: 1) смещения x(t); 2) скорости ; 3) ускорения

6.6. Точка совершает колебания с амплитудой A=4 см и периодом Т=2 с. Написать уравнение этих колебаний, считая, что в момент t=0 смещения x(0)=0 и . Определить фазу для двух моментов времени: 1) когда смещение х=1 см и ; 2) когда скорость = —6 см/с и x<0.

6.7. Точка равномерно движется по окружности против часовой стрелки с периодом Т=6 с. Диаметр d окружности равен 20 см. Написать уравнение движения проекции точки на ось х, проходящую через центр окружности, если в момент времени, принятый за начальный, проекция на ось х равна нулю. Найти смещение х, скорость  и ускорение проекции точки в момент t=1 с.

6.8. Определить максимальные значения скорости  и ускоренияточки, совершающей гармонические колебания с амплитудой А=3 см и угловой частотой

6.9. Точка совершает колебания по закону  , где А = =5 см; . Определить ускорение  точки в момент времени, когда ее скорость=8 см/с.

6.10. Точка совершает гармонические колебания. Наибольшее смещение xmах точки равно 10 см, наибольшая скорость = =20 см/с. Найти угловую частоту ω колебаний и максимальное ускорение  точки.

6.11. Максимальная скорость  точки, совершающей гармонические колебания, равна10см/с, максимальное ускорение = = 100 см/с2. Найти угловую частоту ω колебаний, их период Т и амплитуду А. Написать уравнение колебаний, приняв начальную фазу равной нулю.

6.12. Точка совершает колебания по закону . В некоторый момент времени смещение х1 точки оказалось равным 5 см. Когда фаза колебаний увеличилась вдвое, смещение х, стало равным 8 см. Найти амплитуду А колебаний.

6.13. Колебания точки происходят по закону  . В некоторый момент времени смещение х точки равно 5 см, ее скорость  = 20 см/с и ускорение =—80 см/с2. Найти амплитуду A, угловую частоту ω, период Т колебаний и фазу  в рассматриваемый момент времени.

Сложение колебаний

6.14. Два одинаково направленных гармонических колебания одного периода с амплитудами A1=10 см и A2=6 см складываются в одно колебание с амплитудой А=14 см. Найти разность фаз  складываемых колебаний.

6.15. Два гармонических колебания, направленных по одной прямой и имеющих одинаковые амплитуды и периоды, складываются в одно колебание той же амплитуды. Найти разность фаз складываемых колебаний.

6.16. Определить амплитуду А и начальную фазу ф результи рующего колебания, возникающего при сложении двух колебаний одинаковых направления и периода: и  , где A1=A2=1 см; ω=π с-1; τ=0,5 с. Найти уравнение результирующего колебания.

6.17. Точка участвует в двух одинаково направленных колебаниях:   и , где а1=1 см; A2=2 см; ω= = 1 с-1. Определить амплитуду А результирующего колебания, его частоту v и начальную фазу φ. Найти уравнение этого движения.

6.18. Складываются два гармонических колебания одного на правления с одинаковыми периодами T1=T2=1,5 с и амплитудами А1=А2=2 см. Начальные фазы колебаний  и . Определить амплитуду А и начальную фазу φ результирующего колебания. Найти его уравнение и построить с соблюдением масштаба векторную  диаграмму сложения амплитуд.

6.19. Складываются три гармонических колебания одного направления с одинаковыми периодами Т1=Т2=Т3=2 с и амплитудами A1=A2=A3=3 см. Начальные фазы колебаний φ1=0, φ2=π/3, φ3=2π/3. Построить векторную диаграмму сложения амплитуд. Определить из чертежа амплитуду А и начальную фазу φ результирующего колебания. Найти его уравнение.

6.20. Складываются два гармонических колебания одинаковой частоты и одинакового направления:  и x2= =. Начертить векторную диаграмму для момента времени t=0. Определить аналитически амплитуду А и начальную фазу φ результирующего колебания. Отложить A и φ на векторной диаграмме. Найти уравнение результирующего колебания (в тригонометрической форме через косинус). Задачу решить для двух случаев: 1) А1=1 см, φ1=π/3; A2=2 см, φ2=5π/6; 2) А1=1 см, φ1=2π/3; A2=1 см, φ2=7π/6.

Уравнение колебаний точки имеет вид , где ω=π с-1, τ=0,2 с. Определить период Т и начальную фазу колебаний.

Два камертона звучат одновременно. Частоты ν1 и ν2 их колебаний соответственно равны 440 и 440,5 Гц. Определить период Т биений.

Динамика гармонических  колебаний. Маятники

Материальная точка массой т=50 г совершает колебания, уравнение которых имеет вид х=А cos ωt, где А = 10 см, ω=5 с-1. Найти силу F, действующую на точку, в двух случаях: 1) в момент, когда фаза ωt=π/3; 2) в положении наибольшего смещения точки.

Однородный диск радиусом R=30 см колеблется около горизонтальной оси, проходящей через одну из образующих цилиндрической поверхности диска. Каков период Т его колебаний?

Диск радиусом R=24 см колеблется около горизонтальной оси, проходящей через середину одного из радиусов перпендикулярно плоскости диска. Определить приведенную длину L и период Т колебаний такого маятника.

Из тонкого однородного диска радиусом R=20 см вырезана часть, имеющая вид круга радиусом r=10 см, так, как это показано на рис. 6.7. Оставшаяся часть диска колеблется относительно горизонтальной оси О, совпадающей с одной из образующих цилиндрической поверхности диска. Найти период Т колебаний такого маятника.

Затухающие колебания

Основные формулы

Виды механических волн. Основы акустики. Элементы физиологической акустики. Уравнение плоской бегущей синусоидальной и сферической волн. Звуковые волны в газах. Скорость распространения звука. Волновое уравнение распространения акустических волн в линейной однородной изотропной непоглощающей упругой среде. Волновое уравнение распространения упругих волн в стержнях. Давление звука, объемная плотность энергии, вектор плотности потока энергии, интенсивность звуковой волны. Когерентные волны. Интерференция волн. Акустическая стоячая волна для случая нормального падения плоской акустической волны на плоскую границу более плотной упругой среды
Релятивисткая механика Примеры решения задач