-->
|
|
|
Ãëàâà 1. Ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ § 1.6. Ôàçà êîëåáàíèé. Îïðåäåëåíèå àìïëèòóäû è íà÷àëüíîé ôàçû èç íà÷àëüíûõ óñëîâèéÔàçà êîëåáàíèéÏðè çàäàííîé àìïëèòóäå ãàðìîíè÷åñêèõ êîëåáàíèé êîîðäèíàòà êîëåáëþùåãîñÿ òåëà â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿåòñÿ àðãóìåíòîì ñèíóñà èëè êîñèíóñà, ðàâíûì φ = ω0t + φ0 [ôîðìóëû (1.4.3) è (1.4.4)]. Âåëè÷èíó φ, ñòîÿùóþ ïîä çíàêîì ñèíóñà èëè êîñèíóñà, íàçûâàþò ôàçîé* êîëåáàíèé, îïèñûâàåìûõ ýòèìè ôóíêöèÿìè. Âûðàæàåòñÿ ôàçà â óãëîâûõ åäèíèöàõ — ðàäèàíàõ èëè ãðàäóñàõ. * Îò ãðå÷åñêîãî ñëîâà phasis — ïîÿâëåíèå, ñòóïåíü ðàçâèòèÿ êàêîãî-ëèáî ÿâëåíèÿ. Ôàçà îïðåäåëÿåò íå òîëüêî êîîðäèíàòû, íî è äðóãèå ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû, íàïðèìåð ñêîðîñòè è óñêîðåíèÿ, èçìåíÿþùèåñÿ ïî ãàðìîíè÷åñêîìó çàêîíó. Íà÷àëüíàÿ ôàçà. Ñäâèã ôàç íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè t = 0 ôàçà φ = ω0t + φ0 (1.6.1) èìååò çíà÷åíèå φ0. Ýòî çíà÷åíèå ôàçû íàçûâàåòñÿ íà÷àëüíîé ôàçîé. Äâà èëè íåñêîëüêî ãàðìîíè÷åñêèõ êîëåáàíèé ñ îäèíàêîâûìè ÷àñòîòàìè è àìïëèòóäàìè ìîãóò îòëè÷àòüñÿ äðóã îò äðóãà òîëüêî íà÷àëüíûìè ôàçàìè. Ìåæäó êîëåáàíèÿìè èìååòñÿ ðàçíîñòü ôàç, èëè, êàê ÷àñòî ãîâîðÿò, ñäâèã ôàç φñ. Åñëè íà÷àëüíàÿ ôàçà ïåðâîãî êîëåáàíèÿ ðàâíà φ01, à âòîðîãî φ02, òî ñäâèã ôàç âòîðîãî êîëåáàíèÿ îòíîñèòåëüíî ïåðâîãî ðàâåí: φc = φ02 - φ01. (1.6.2)
Íà ðèñóíêå 1.10 èçîáðàæåíû ãðàôèêè êîëåáàíèé, ñäâèíóòûõ ïî ôàçå íà x1 = õm sin ω0t Ãðàôèê 2 ñîîòâåòñòâóåò êîëåáàíèÿì, ñäâèíóòûì ïî ôàçå íà
Íà÷àëüíàÿ ôàçà ýòèõ êîëåáàíèé Òàê êàê x2 = xm cos ω0t. Òàêèì îáðàçîì, êîëåáàíèÿ, îïèñûâàåìûå ñèíóñîì è êîñèíóñîì, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé êîëåáàíèÿ ñî ñäâèãîì ôàç Îïðåäåëåíèå àìïëèòóäû è íà÷àëüíîé ôàçû èç íà÷àëüíûõ óñëîâèéÓæå óïîìèíàëîñü, ÷òî àìïëèòóäà è íà÷àëüíàÿ ôàçà íå îïðåäåëÿþòñÿ óðàâíåíèåì äâèæåíèÿ. Èõ çíà÷åíèÿ çàâèñÿò îò íà÷àëüíîé êîîðäèíàòû õ(0) = õ0 è íà÷àëüíîé ñêîðîñòè õ'(0) = υ0. Çíà÷åíèÿ x0 è υ0 îïðåäåëÿþòñÿ óñëîâèÿìè âîçáóæäåíèÿ êîëåáàíèé. Åñëè âûâåñòè òåëî èç ïîëîæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ è îòïóñòèòü, íå ñîîáùàÿ åìó ñêîðîñòè, òî õ(0) = õ0, à õ'(0) = 0. Íàïðîòèâ, åñëè ñîîáùèòü òåëó íà÷àëüíóþ ñêîðîñòü, òîëêíóâ åãî â ïîëîæåíèè ðàâíîâåñèÿ, òî õ(0) = 0, à õ'(0) = υ0. Ðàññìîòðèì îáùèé ñëó÷àé, êîãäà ïðè t = 0 õ(0) ≠ 0 è õ'(0) ≠ 0. Âûáîð ðåøåíèÿ â ôîðìå ñèíóñà èëè êîñèíóñà ïîâëèÿåò íà íà÷àëüíóþ ôàçó, íî íå íà àìïëèòóäó. Ïóñòü ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (1.4.1) èìååò âèä: õ = õm sin (ω0t + φ0). (1.6.3) Òîãäà õ' = ω0õm cos (ω0t + φ0). (1.6.4) Ïðè t = 0
Ñîãëàñíî óðàâíåíèÿì (1.6.5)
Ýòî âûðàæåíèå îïðåäåëÿåò íà÷àëüíóþ ôàçó φ0.  ÷àñòíîì ñëó÷àå, åñëè x0 = 0, òî tg φ0 = 0 è φ0 = 0. Åñëè æå υ0 = 0, òî tg φ0 = ∞ è Âîçâåäÿ â êâàäðàò îáà óðàâíåíèÿ (1.6.6) è ñëîæèâ èõ ëåâûå è ïðàâûå ÷àñòè, ïîëó÷èì:
Îòñþäà àìïëèòóäà êîëåáàíèé
Ïðè υ0 = 0 õm = õ0, à ïðè Åñëè áû ìû âûðàçèëè ðåøåíèå íå ÷åðåç ñèíóñ, à ÷åðåç êîñèíóñ, òî àìïëèòóäà ïî-ïðåæíåìó èìåëà áû çíà÷åíèå, îïðåäåëÿåìîå ôîðìóëîé (1.6.9), à íà÷àëüíàÿ ôàçà îïðåäåëÿëàñü áû óðàâíåíèåì
Ïîëó÷èòå ýòî âûðàæåíèå ñàìîñòîÿòåëüíî è ðàññìîòðèòå ïðåäåëüíûå ñëó÷àè x0 = 0 è υ0 = 0.
|
|
|