1、振动的一般概念
1)定义:物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动,称为机械振动。
2)例子:
直接觉察——弹簧振子、钟摆和汽缸中活塞运动。
难以觉察——固体分子的热运动,一切发声物体的运动以及超声波波源的运动。
3)描述:
(1)周期T——振动物体完成一次全振动所需要的时间,称为振动周期,用T表示。常用单位为秒(s)。
(2)频率f——振动物体在单位时间内完成全振动的次数,称为振动频率,用f表示。常用单位为赫兹(Hz)。
2、谐振动
1)定义:最简单最基本的直线振动称为谐振动。
2)特点:
(1)回复力大小与位移成正比,方向总指向平衡位置。
(2)振幅不变,为自由振动,其频率为固有频率。
(3)物体做谐振动时,只有弹性力或重力做功,其它力不做功,符合机械能守恒的条件,因此谐振物体的能量遵守机械能守恒。在平衡位置时动能最大势能为零,在位移最大位置时势能最大动能为零,其总能量保持不变。
3、阻尼振动
1)定义:振幅或能量随时间不断减少的振动。
2)振动方程式: y=Ae-βtcοs(ωt+φ)
β——阻尼系数;
ω——阻尼振动的圆频率, 为物体的固有频率。
3)特点:振幅不断减少,而周期却不变。阻尼振动受到阻力作用,不符合机械能守恒。
4、受迫振动
1)定义:物体受周期性变化的外力作用时产生的振动。
2)特点:受迫振动刚开始时情况很复杂,经过一段时间后达到稳定状态,变为周期性的谐振动。其振动频率与策动力频率相同,振幅保持不变。受迫振动物体受到策动力作用,不符合机械能守恒。
3)共振:受迫振动的振幅与策动力的频率有关,当策动力频率P与受迫振动物体固有频率w。相同时,受迫振动的振幅达最大值。这种现象称为共振。
4)共振在超声的应用:设计探头中的压电晶片时,应使高频电脉冲的频率等于压电晶片的固有频率;从而产生共振,这时压电晶片的电声能量转换效率最高。
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