阻尼振动
阻尼振动是指,由于振动系统受到摩擦和介质阻力或其他能耗而使振幅随时间逐渐衰减的振动,又称减幅振动、衰减振动1。不论是弹簧振子还是单摆由于外界的摩擦和介质阻力总是存在,在振动过程中要不断克服外界阻力做功,消耗能量,振幅就会逐渐减小,经过一段时间,振动就会完全停下来。这种振幅随时间减小的振动称为阻尼振动.因为振幅与振动的能量有关,阻尼振动也就是能量不断减少的振动.阻尼振动是非简谐运动.阻尼振动系统属于耗散系统。这里的阻尼是指任何振动系统在振动中,由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性,以及此一特性的量化表征。
基本信息
- 中文名
阻尼振动
- 外文名
damped vibration
- 别称
减幅震动、衰减振动
- 定义
振幅随时间减小的振动
- 分类
摩擦阻尼、辐射阻尼等
- 应用
天平的指针最好处于临界阻尼状态(理想)
能量损失
摩擦阻尼
由于摩擦阻力(包括介质粘滞阻力)使振动系统的能量逐渐转变为热运动能量,常称为摩擦阻尼1。例如单摆摆动的过程中振幅减小或停下来就是由于系统的阻力作用使摆的机械能转化为空气的内能.
辐射阻尼
由于振动系统引起周围介质的振动,使系统的能量转变为波动的能量向四周辐射出去,常称为辐射阻尼1。例如:琴弦发出声音不仅因为有空气的阻力要消耗能量,同时也因为以波的形式辐射而减少能量。最后琴弦会停止振动。
当阻尼很小时,在一段不太长的时间看不出振幅有明显的减小,就可以把它当作简谐运动来处理.
动力学方程
如图,以液体中的弹簧振子为例,介绍阻尼振动的动力学方程。
假设:振动速度较小时,摩擦力正比于质点的速率。即:
对物块应用牛顿第二定律:
为二阶线性常系数齐次方程,即阻尼振动的动力学方程。
振动方程
上述⑴式方程的特征根:
阻尼振动的微分方程有三种不同形式的解,具体如下。