简谐振动是指物体在与位移成正比而方向相反的回复力作用下的振动。简谐振动字面意思为简单和谐的振动,它是最简单、最基本的振动,任何复杂的振动都可由两个或多个简谐振动合成而得到1。
简谐振动
简谐运动
x=Ae^(-nt)sin(wt+θ)
力学
表达方式
以x表示位移,t表示时间,这种振动的数学表达式为:
式中A为位移x的最大值,称为振幅,它表示振动的强度;ωn表示每秒中的振动的幅角增量,称为角频率,也称圆频率;
称为初相位。以f=ωn/2π表示每秒中振动的周数,称为频率;它的倒数,T=1/f,表示振动一周所需的时间,称为周期。
振幅A、频率f(或角频率ωn)、
初相位,称为简谐振动三要素。
简谐振动
如图2所示,由线性弹簧联结的集中质量m构成简谐振子。当振动位移自平衡位置算起时,其振动方程为:
式中
为弹的刚度。上式的通解就是 (1)。A 和
可由 t=0 时的初始位置
和初速度
决定:
但ωn只由系统本身的特征m和k决定,与外加的初始条件无关,故ωn亦称固有频率。
对于简谐振子,其动能
和势能
之和为—常量,即系统的总机械能守恒。在振动过程中,动能和势能不断相互转化。
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