Правильное выражение для скорости колебаний

Обновлено: 31.10.2024

В реальной действительности свободные колебания происходят в условиях действия сил сопротивления. Диссипативные силы ведут к уменьшению амплитуды колебаний. Колебания, амплитуда которых с течением времени становится меньше в результате потерь энергии, называются затухающими.

Затухающие механические колебания

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Физическую величину, которая характеризует скорость затухания колебаний, называют коэффициентом затухания. Коэффициент затухания могут обозначать по-разному: и т.д. При условии пропорциональности сил трения скорости движения тела:

Дифференциальное уравнение колебаний при наличии затухания будет иметь вид:

Уравнение затухающих колебаний:

Коэффициент затухания можно определить как величину обратную времени ( ) за которое амплитуд (A) уменьшается в e раз:

Период затухающих колебаний равен:

при несущественном сопротивлении среды, если выполняется неравенство: период колебаний можно вычислять при помощи формулы:

С увеличением коэффициента затухания колебаний частота колебаний уменьшается. Если , то частота затухающих колебаний станет равна нулю, при этом период увеличивается до бесконечности. Такие колебания теряют периодичность и называются апериодическими. При равенстве коэффициента затухания собственной частоте колебаний параметры системы называют критическими.

Коэффициент затухания колебаний связан с логарифмическим декрементом затухания ( ) выражением:

Затухающие электрические колебания

Любой электрический контур, существующий в реальной действительности, имеет активное сопротивление, следовательно, энергия, запасённая в нем с течением времени расходуется на этом сопротивлении, так как происходит его нагревание.

При этом коэффициент затухания для электрического контура вычисляют как:

Частота в электромагнитном контуре представлена формулой:

Для RLC контура критическим сопротивлением ( ) при котором колебания становятся апериодическими является сопротивление, равное:

находят при

Единицы измерения коэффициента затухания колебаний

Основной единицей измерения коэффициента затухания в системе СИ является:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1
Задание Каков коэффициент затухания, если амплитуда колебаний маятника за время t=10 c. уменьшается в 4 раза?
Решение Запишем уравнение затухающих колебаний маятника:

По одному из определений коэффициента затухания:

ПРИМЕР 2

Формула коэффициента затухания колебаний

Так как нам следует определить через сколько полных колебаний амплитуда силы тока уменьшится в e раз, то имеем:

Читайте также: