第十一章機(jī)械振動(dòng) 第五節(jié)外力作用下的振動(dòng) 問題一 唐朝的時(shí)候 洛陽的一座寺院里出了一件怪事 寺院的房間里有一口銅鑄的磬 qing 古代打擊樂器 用玉或石制成 沒人敲它 常常自己 嗡嗡 地響起來 這里是什么原因呢 問題的提出 問題二 登山隊(duì)員在登山過程中為什么不能大聲說話 問題三 各國都規(guī)定大隊(duì)人馬過橋 要便步通過 為什么 古代的磬 振動(dòng)的能量與振幅有關(guān) 振幅越大 振動(dòng)的能量越大 簡諧運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能和勢能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但機(jī)械能的總量保持不變 即機(jī)械能守恒 復(fù)習(xí) 固有周期和固有頻率 振動(dòng)系統(tǒng)不受外力作用的振動(dòng) 固有振動(dòng) 固有周期 固有振動(dòng)的周期t0 固有頻率 固有振動(dòng)的頻率f0 物體的振動(dòng)周期與頻率由振動(dòng)物體本身性質(zhì)決定的 與振幅無關(guān) 如 彈簧振子 單擺 一 阻尼振動(dòng) 1 阻尼振動(dòng) 振幅逐漸減小的振動(dòng) 2 阻尼振動(dòng)的圖像 3 振動(dòng)系統(tǒng)受到的阻尼越大 振幅減小得越快 阻尼過大時(shí) 系統(tǒng)將不能發(fā)生振動(dòng) 4 實(shí)際的自由振動(dòng)一定是阻尼振動(dòng) 思考 怎樣才能使做阻尼振動(dòng)的物體持續(xù)不斷地周期性振動(dòng)下去 二 受迫振動(dòng) 1 驅(qū)動(dòng)力 作用在振動(dòng)系統(tǒng)上的周期性外力2 受迫振動(dòng) 系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)3 受迫振動(dòng)的特點(diǎn) 受迫振動(dòng)的頻率總等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān) 三 共振 1 共振曲線2 共振驅(qū)動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí) 受迫振動(dòng)的振幅最大 這種現(xiàn)象叫做共振 驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相差越少 振幅越大 相差越多 振幅越小 共振的防止和應(yīng)用 1 防止 使驅(qū)動(dòng)力的頻率與物體的固有頻率不同 而且相差越大越好 2 應(yīng)用 使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)物體的固有頻率 聲音的共振現(xiàn)象叫共鳴 聲音怎么會將酒杯震碎 聲音的共振現(xiàn)象 唐朝的時(shí)候 洛陽的一座寺院里出了一件怪事 寺院的房間里有一口銅鑄的磬 沒人敲它 常常自己 嗡嗡 地響起來 這里是什么原因呢 原來 這口磬和飯?zhí)玫囊豢诖箸?它們的固有頻率正好相同 每當(dāng)小和尚敲響大鐘時(shí) 大鐘的振動(dòng)使得周圍的空氣也隨著振動(dòng)起來 聲波的頻率等于大鐘的固有頻率 當(dāng)聲波傳到老和尚房內(nèi)的磬上時(shí) 由于磬的固有頻率跟聲波頻率相同 使磬產(chǎn)生共振 發(fā)出了 嗡嗡 的響聲 這就是發(fā)生振動(dòng)的共振現(xiàn) 古代的磬 在我國西北一帶 山頭終年積雪 每當(dāng)春暖花開 山上冰雪融化 雪層會離開原來的地方滑動(dòng) 往往一次偶然的大吼聲 厚厚的雪層就會因?yàn)楣舱穸浪聛?因此規(guī)定攀登雪山的勘察隊(duì)員 登山隊(duì)員不能大聲說話 為什么登山隊(duì)員在登山過程中不能大聲說話 軍隊(duì)過橋便步走 火車過橋慢行 1831年 一隊(duì)騎兵通過曼徹斯特附近的一座便橋時(shí) 由于馬蹄節(jié)奏整齊 橋梁發(fā)生共振而斷裂 1940年 美國的全長860米的塔柯姆大橋在建成后的4個(gè)月就因風(fēng)共振而倒塌 小結(jié) 2 受迫振動(dòng) 系統(tǒng)在外界驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng) 3 系統(tǒng)做受迫振動(dòng)時(shí) 振動(dòng)穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率 跟系統(tǒng)的固有頻率無關(guān) 4 驅(qū)動(dòng)力的頻率等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率時(shí) 受迫振動(dòng)的振幅增大 這種現(xiàn)象叫做共振 5 利用共振時(shí) 應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率接近或等于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率 防止共振時(shí) 應(yīng)使驅(qū)動(dòng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率不同 而且相差越大越好 1 阻尼振動(dòng) 振幅越來越小的振動(dòng) 課堂訓(xùn)練 1 如圖所示 是用來測量各種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)原理圖 在同一鐵支架nm上焊有固有頻率依次為80hz 60hz 40hz 20hz的四個(gè)鋼片a b c d 將m端與正在轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)接觸 發(fā)現(xiàn)b鋼片振幅最大 則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 r min a b c d此時(shí)振動(dòng)頻率為 3600 60hz 2 如圖所示演示裝置 一根張緊的水平繩上掛著四個(gè)單擺 讓b擺擺動(dòng) 其余各擺也擺動(dòng)起來 可以發(fā)現(xiàn) a 各擺擺動(dòng)的周期均與b擺相同b a擺擺動(dòng)周期最短c c擺擺動(dòng)周期最長d c擺振幅最大 a 3 汽車的