自由振荡和强迫振荡
自由振荡
- 当周围没有能量的转移时,就会发生自由振荡
- 当一个振荡系统被移位,然后任其振荡时,就会发生这种情况
- 实际上,这只发生在真空中。然而,任何在空气中振动的东西只要存在,仍然被认为是自由振动无外力采取行动
- 因此,一个自由振荡定义为:
一种只有内力(没有外力)作用且没有能量输入的振动
- 自由振动总是在它的位置振荡共振频率
强迫振荡
- 为了维持简谐系统中的振荡,必须施加周期力来取代在简谐系统中损失的能量阻尼
- 这个周期力做的工作阻力减小了振荡
- 它有时被称为外部开车力
- 这些被称为强迫振荡(或振动),定义为:
振荡受周期性外力作用,其中能量被赋予以维持振荡
- 强迫振荡与产生外部周期性驱动力的振荡器的频率相同
- 例如,当一个孩子在秋千上时,在每个周期后,为了保持秋千的摆动,防止空气阻力抑制振荡,秋千会被推到一端
- 这些额外的推力是被迫的振荡,没有它们,孩子最终会停下来
工作的例子
说明以下是自由振荡还是强迫振荡:
(i)敲击音叉
(ii)用尖锐的声音打碎玻璃
(iii)汽车高速行驶时内部振动
(iv)演奏单簧管
(i)敲击音叉
这是一个自由振动。当音叉被敲击时,它将以其固有频率振动,并且没有其他外力
(ii)用尖锐的声音打碎玻璃
这是一个受迫振动。玻璃被迫以与声音相同的频率振动,直到破碎。高频声音的频率为外部驱动频率
(iii)汽车以特定速度行驶时的内部振动
这是一个受迫振动。当车轮高速行驶在粗糙的表面上时,汽车内部的振动频率是相同的
(iv)演奏单簧管
这是一个受迫振动。演奏者肺部的空气被用来维持单簧管中气柱的振动,以创造和保持声音。单簧管内部的气柱模仿了空气被迫进入单簧管吹口(簧片)时相同频率的振动。
考试技巧
避免写“自由振荡不被迫振荡”。标记方案主要是寻找内外力和能量传递的参考