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可见θ1,θ2分别由两个简谐振动ξ1和ξ2叠加而成,称ξ1,ξ2为两个简谐振动模式,或省略地称作简正模.ω1,ω2分别是这两个简正模的角频率.θ1,θ2通解中的常量B1,B2,1,2由两个摆球的初始角位置和初始角速度联合确定.B1=0,B2≠0的耦合摆振动状态如图7-40(a)所示,B1≠0,B2=0对应的状态如图7-40(b)所示.
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图 7-40
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简单情况下,多自由度保守系的动力学方程可直接由牛顿第二定律导出.设图7-41所示系统中三个小物块均约束在x方向运动(这是某种线性三原子分子纵向振动的模型),将小物块1,2,3沿x方向偏离各自原平衡位置的量分别记为x1,x2,x3,据牛顿定律可得
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图 7-41
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(7.48)式与(7.45)式的数学结构相同,它的通解表述的也将是由简谐振动合成的振动.
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引申到一般情况,存在一类多自由度保守系的振动,它们每一个自由度参量的振动都由同一组简正模线性叠加而成,简正模的个数恰好等于保守系的自由度n∫.
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以n∫=3为例进行具体讨论,为方便取线性参量x表述的系统.参考(7.48)式,可将动力学方程组一般地表述为
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其中线性系数aij是由系统动力学结构确定的常量.引入新的独立参量:
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且有
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联合(7.50)第一式与(7.49)式,有
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将(7.50)第一式代入(7.51)第一式等号右边,又有
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与前式联立,为使x1,x2,x3各自系数相同,要求b11,b12,b13满足下述线性代数方程组:
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