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解 据(7.57)式,有
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结合初条件,可得
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解得
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例19 一个弹簧振子的质量m=5.0kg,低阻尼情况下振动频率为f=0.50Hz,已知振幅的对数减缩λ=0.02,试求弹簧的劲度系数k.再问,阻尼系数β取何值时,能使振子在最短的时间内基本上停止运动?
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解 据λ=βT=β/f,可得此时β=λf=0.01s-1,所求弹簧的劲度系数为
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临界阻尼时振子可在最短时间内基本上停止运动,因β≪f,故ω0≈ω,此时应有
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7.4.2 受迫振动
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阻尼振动中随着能量的损耗,物体最终将停止运动.如果在保守性回复力和阻尼力之外,另有一个力通过对物体作功不断输入能量,那么物体仍可保持连续的振动.外加的力若是周期性的,例如由于钟表内的擒纵机构提供推动力,车辆在平直道路上近匀速行驶中车身受到小幅度颠簸力,形成的振动称为受迫振动.
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受迫振动中周期性的外力称为驱动力,借助傅里叶级数理论,任一驱动力均可展开成一系列简谐力的叠加,因此最基本的驱动力可表述为
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振子质量记为m,所受回复性保守力和阻尼力仍取为线性力,即,受迫振动的动力学方程可改述成
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(7.66)式是一个非齐次的常系数线性微分方程,它的通解x(t)也包含两个可由初条件确定的常量.如果找到一个特殊的非齐次解x*(t),再将非齐次方程对应的齐次式
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