Drgania i fale II rok Fizyk BC

Podobne dokumenty
Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

RUCH HARMONICZNY. sin. (r.j.o) sin

Ruch drgający. Ruch harmoniczny prosty, tłumiony i wymuszony

VII. Drgania układów nieliniowych

drgania h armoniczne harmoniczne

Ruch drgajacy. Drgania harmoniczne. Drgania harmoniczne... Drgania harmoniczne... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż.

α - stałe 1 α, s F ± Ψ taka sama Drgania nieliniowe (anharmoniczne) Harmoniczne: Inna zależność siły od Ψ : - układ nieliniowy,

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Drgania. W Y K Ł A D X Ruch harmoniczny prosty. k m

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

ver b drgania harmoniczne

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

Podstawy fizyki wykład 7

G:\AA_Wyklad 2000\FIN\DOC\FRAUN1.doc. "Drgania i fale" ii rok FizykaBC. Dyfrakcja: Skalarna teoria dyfrakcji: ia λ

MATEMATYKA 8. Funkcje trygonometryczne kąta ostrego (α < 90 ). Stosunki długości boków trójkąta prostokątnego nazywamy funkcjami trygonometrycznymi.

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Zjawisko interferencji fal

2.6.3 Interferencja fal.

Wydział EAIiE Kierunek: Elektrotechnika. Wykład 12: Fale. Przedmiot: Fizyka. RUCH FALOWY -cd. Wykład /2009, zima 1

Kinematyka: opis ruchu

2. Rodzaje fal. Fale te mogą rozchodzić się tylko w jakimś ośrodku materialnym i podlegają prawom Newtona.

Plan wykładu. Ruch drgajacy. Drgania harmoniczne... Drgania harmoniczne. Oscylator harmoniczny Przykłady zastosowań. dr inż.

ANALIZA HARMONICZNA DŹWIĘKU SKŁADANIE DRGAŃ AKUSTYCZNYCH DUDNIENIA.

Ψ(x, t) punkt zamocowania liny zmienna t, rozkład zaburzeń w czasie. x (lub t)

dr inż. Paweł Szeptyński materiały pomocnicze do przedmiotu MECHANIKA TEORETYCZNA DYNAMIKA - ZADANIA

Wykład FIZYKA I. 9. Ruch drgający swobodny

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Wykład FIZYKA I. 9. Ruch drgający swobodny. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Związek między ruchem harmonicznym a ruchem jednostajnym po okręgu

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Zjawisko interferencji fal

4.2 Analiza fourierowska(f1)

Wykład FIZYKA I. 10. Ruch drgający tłumiony i wymuszony. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

FUNKCJE ZESPOLONE Lista zadań 2005/2006

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Wykład 6 Drgania. Siła harmoniczna

Wykład FIZYKA I. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak. Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXIII: Przypomnienie: statyka

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Ruch falowy. Fala zaburzenie wywoane w jednym punkcie ośrodka, które rozchodzi się w każdym dopuszczalnym kierunku.

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Zjawisko interferencji fal

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

Światło jako fala Fala elektromagnetyczna widmo promieniowania Czułość oka ludzkiego w zakresie widzialnym

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Drgania wymuszone - wahadło Pohla

Równania prostych i krzywych; współrzędne punktu

VII.1 Pojęcia podstawowe.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Laboratorium Mechaniki Technicznej

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

m Jeżeli do końca naciągniętej (ściśniętej) sprężyny przymocujemy ciało o masie m., to będzie na nie działała siła (III zasada dynamiki):

Siła elektromotoryczna

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

REZONANSY : IDENTYFIKACJA WŁAŚCIWOŚCI PRZEZ ANALIZĘ FAL PARCJALNYCH, WYKRESY ARGANDA

Siła sprężystości - przypomnienie

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

MECHANIKA 2. Drgania punktu materialnego. Wykład Nr 8. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Co to jest wektor? Jest to obiekt posiadający: moduł (długość), kierunek wraz ze zwrotem.

D103. Wahadła fizyczne sprzężone (przybliżenie małego kąta).

DRGANIA OSCYLATOR HARMONICZNY

WYMAGANIA WSTĘPNE Z MATEMATYKI

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

dr inż. Artur Zieliński Katedra Elektrochemii, Korozji i Inżynierii Materiałowej Wydział Chemiczny PG pokój 311

TEORIA DRGAŃ Program wykładu 2016

Szereg i transformata Fouriera

POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ REZONANSU I METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ WZAJEMNIE PROSTOPADŁYCH

ROZKŁAD MATERIAŁU DO II KLASY LICEUM (ZAKRES ROZSZERZONY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ.

AUTORKA: ELŻBIETA SZUMIŃSKA NAUCZYCIELKA ZESPOŁU SZKÓŁ OGÓLNOKSZTAŁCĄCYCH SCHOLASTICUS W ŁODZI ZNANE RÓWNANIA PROSTEJ NA PŁASZCZYŹNIE I W PRZESTRZENI

Drgania układu o wielu stopniach swobody

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Drgania w obwodzie LC. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

a = (2.1.3) = (2.1.4)

Fizyka 2 Wróbel Wojciech

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład lutego Krzysztof Korona

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

DRGANIA MECHANICZNE. Poniższe materiały tylko dla studentów uczęszczających na zajęcia. Zakaz rozpowszechniania i powielania bez zgody autora.

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

DRGANIA OSCYLATOR HARMONICZNY

Podstawy fizyki sezon 1 VIII. Ruch falowy

Wykład 1: Fale wstęp. Drgania Katarzyna Weron. WPPT, Matematyka Stosowana

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

= sin. = 2Rsin. R = E m. = sin

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

Instrukcja do ćwiczenia jednopłaszczyznowe wyważanie wirników

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

WYZNACZENIE GĘSTOŚCI MATERIAŁU STRUNY

Kinematyka: opis ruchu

1.5 Badanie drgań modelu cząsteczki czteroatomowej(m20)

Transkrypt:

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc Drgania złożone Zasada superpozycji: wychylenie jest sumą wychyleń wywołanych przez poszczególne czynniki osobno. Zasada wynika z liniowości związku między wychyleniem a siłą. Superpozycja sił wymuszających Ψ& + γ Ψ & F F + ω 0 Ψ = cos cos + m m Ogólnie α α ; istotne α α F = Ψ ; F = 0 0 Ψ Ψ = Ψ + - zasada superpozycji Ψ ( ωt + α ) + ( ωt α )

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc Koherencja A ( α ) = A + A + A A cos α Dla F = F A = A A = A [ + cos( α α) ] Jeżeli ( α α ) zmieni się przypadkowo, średnia wartość ( α α ) 0 cos = Siły wymuszające nie są KOHERENTNE A A + = A - zwykła suma Koherencja stałe w czasie relacje fazowe A ( α ) = A + A + A A cos α ( A ) A + A A A A > A, A - superpozycja konstruktywna A < A, A - superpozycja destruktywna α α = ± π - całkowicie destruktywna α = α - całkowicie konstruktywna Niech F = F A = A A [ + cos( α )] = A α Zgromadzona energia = 4x energia każdego drgania z osobna.

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc Superpozycja dwu drgań harmonicznych prostych:. Ten sam kierunek, ta sama częstość. x = A ( ω t + ); x = A ( ω t + ) cos α Wychylenie wypadkowe: x x + x cos α = ; x = A cos( ω t + α ) + A ( ω t + α ) cos Wychylenie w ruchu harmonicznym jako składowa x-owa wirującego wektora P 0. 0 P = δ = α α, 0 Kąt ( P ) Wektor 0 P, będący sumą 0P i 0P ma stałą długość i wiruje wokół 0 z prędkością kątową ω. x = Acos t ( ω +α ) ( A + A A A δ ) A = + ; cos tgα = A sinα A cosα + + A A sinα cosα 3

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc α = α δ = 0 A = A + A π π α = α + ; δ = A = A + A 4

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc α = α + π; δ = π A = A A Dla A = A 0. Ten sam kierunek, różne częstości. x = A ( ω t + ); x = A ( ω t + ) cos α cos α ( P,0P ) = t ω t = ( ω ) t = f ( t) P < ω 0 ma zmienną 0 ω długość i nie obraca się ze stałą prędkością kątową x = x + x nie jest prostym ruchem harmonicznym. 5

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc ( t) Amplituda : A = A + A + A A ( ω ω ) cos oscyluje pomiędzy A A + A A = dla ( ω ω ) = nπ + π A A = dla ( ω ω ) nπ t Amplituda jest zmodulowana z częstością Jeśli A = A ω ω ν = π ( cosω t + ω t) x = x + x = A cos = ν ν x = A cos ω ( ω ω ) t cos ( ω + )t ruch drgający o częstości ( ω + ω ) i amplitudzie A = A cos ( ω ω )t Dla ω t a = ω dudnienia z częstością ( ω ) ω (maleje gdy ω ω ) 6

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc Zasada superpozycji obowiązuje także dla liczby drgań >. Szczególny przypadek dodawanie drgań o tym samym kierunku i o częstościach: ω (podstawowa lub pierwsza harmoniczna), ω (druga harmoniczna), 3ω, 4ω, itd., tzn. o okresach T, T, T 3, T 4 itd. Drgania wypadkowe, pochodzące ze złożenia takich drgań z dowolnymi amplitudami i fazami początkowymi drgania o okresie T, ale nieharmoniczne. Twierdzenie Fouriera: Niesinusoidalną funkcję periodyczną o częstości ω można wyrazić jako sumę algebraiczną stałej oraz funkcji sinusoidalnych o częstościach ω, ω, 3ω itd. dobierając odpowiednio ich liczbę, amplitudy i fazy. x = X 0 0 + + X B + X 3 sin x = X + A sin( ω t + θ) + X sin( ω t + θ ) + ( 3ω t + θ3) +... sin( ωt ) + A sin( ω t) + A3 sin( 3ω t) +... cos( ωt ) + B cos( ω t) + B cos( 3ω t) +... Rozkład funkcji periodycznej na funkcje sinusoidalne analiza harmoniczna. 3 + 7

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc Im krzywa bardziej gładka, tym rola wyższych harmonik mniejsza. Z symetrii krzywej analizowanej wynika, że: jeśli wartość średnia funkcji jest zero, to człon stały znika jeśli funkcja jest symetryczna względem osi 0t, to człon stały znika i w rozwinięciu występują tylko harmoniki nieparzyste. jeśli funkcja jest symetryczna względem osi 0x, to współczynniki przy sinusach znikają jeśli funkcja jest symetryczna względem początku układu współrzędnych, to współczynniki przy cosinusach znikają. Ruchu nieperiodycznego nie da się przedstawić w postaci szeregu Fouriera dla nieciągłego rozkładu częstości ω ω, 3ω, itd. Może być on rozłożony na nieskończoną liczbę ruchów harmonicznych o sąsiednich częstościach nieskończenie bliskich i amplitudach nieskończenie małych. Ruch periodyczny widmo liniowe. Ruch aperiodyczny ciągły rozkład amplitud. Szerokość rozkładu zależy od stałej zaniku. 8

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc exp(-t)cos(50t) Wychylenie exp(-5t)cos(50t) Kąt exp(-5t)*cos(50t) Amplitude exp(-t)*cos(50t) 4 6 8 0 4 6 Frequency (Hz) 9

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc 3. Kierunki prostopadłe a. ν = ν x = Acos( ω t), y = B cos( ω t + δ ) 0

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc Niech δ = 0 B y = Bcos ( ω t) y = x - równanie prostej PQ A Przesunięcie wzdłuż PQ wynosi r = ( x + y ) = ( A + B ) cos( ω t) - ruch harmoniczny prosty o amplitudzie ( ) A + B Niech δ = π B y = Bcos ( ω t) y = x - równanie prostej RS A Złożenie dwu prostopadłych drgań harmonicznych prostych o tej samej częstości gdy δ = 0 lub π daje w wyniku drgania spolaryzowane ( uporządkowane ) liniowo. Niech δ = π ( ω t + π ) = Bsin( ωt) y = B cos ; x y + = - równanie elipsy o półosiach A i B. B A W jakim kierunku jest obiegana elipsa? Szukamy prędkości dla x = A cos ( ω t) =

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc dy ν y = = ω Bcos ( ω t) = ω B - zgodnie z ruchem dt wskazówek zegara. δ = lub ( π ) Dla 3π obiegu przeciwny. ta sama elipsa, ale kierunek Złożenie dwu prostopadłych drgań harmonicznych o tej samej π częstości gdy δ = ± daje w wyniku drgania spolaryzowane eliptycznie. Osie elipsy są równoległe do kierunków drgań. Dla A=B elipsa przechodzi w okrąg polaryzacja kołowa. Dla δ dowolnego drgania eliptyczne, osie elipsy obrócone względem X, Y (pomiar δ).

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc b. ν ν W ogólnym przypadku dla drgań prostopadłych o dowolnych częstościach i amplitudach ( ω t), y = A ( ω + δ ) x = A cos cos t krzywe Lissajous, o kształcie zależnym od ω ω, δ, A. A 3

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc x = A cosω t y = A cos t ( ω + δ ) 4

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc Figury Lissajous Jeśli ω = ω ω małe ( ω ) ω t = ω t + 443 t + δ zmienne w czasie przesunięcie fazowe 5

00--07 5:34 00\FIN00\Drgzlo00.doc Złożenie dwu drgań kołowych daje w wyniku drganie spolaryzowane liniowo. Kierunek drgania wypadkowego odpowiada linii symetrii obu ruchów kolistych. 6