затухание колебаний

ЗАТУХАНИЕ КОЛЕБАНИЙ - уменьшение амплитуды колебаний с течением времени, обусловленное потерей энергии колебат. системой. Потери энергии колебаний вызываются в механич. системах превращением её в теплоту вследствие трения и излучением упругих волн в окружающую среду, в электрических системах - омич. потерями в них и излучением эл--магн. волн в окружающее пространство. Закон 3. к. определяется свойствами системы. В линейных системах 3. к. происходит по экспоненте:

Х_к = Х₀ехр(-at) (рис.), где t - время, a - показатель затухания системы. Для простейшей механич. системы -тела массы т, удерживаемого в положении равновесия упругой силой и испытывающего трение, пропорциональное скорости (с коэф. пропорциональности b), a=b/2m; для простейшей электрич. системы - колебательного контура с индуктивностью L и сопротивлением R a=R/2L. 3. к. практически можно считать закончившимся, если амплитуда колебаний уменьшилась до ~ 1% нач. величины. Время t, в течение к-рого это произойдёт, определяется из условия е^-at=0,01 или at=4,6, то есть t=4,6/a. К затухающим колебаниям, строго говоря, неприменимо понятие периода или частоты. Однако если затухание мало, то можно условно пользоваться понятием периода T₁ как промежутка времени между двумя последующими максимумами колеблющейся величины (тока, напряжения, размаха колебаний маятника и т. д.). "Период" Т₁ увеличивается по мере увеличения потерь энергии в системе. Для приведённых выше простейших случаев соответствующая этому условному "периоду" частота затухающих колебаний где w₀ - угловая частота собств. колебаний в отсутствии потерь энергии в системе. Скорость 3. к. часто характеризуют декрементом затухания d=aT₁, определяющим уменьшение амплитуды за один "период" колебаний, или величиной d=d/p, наз. просто затуханием. Скорость 3. к. связана с добротностью колебат. системы Q; в рассмотренных простейших случаях d=l/Q. В нелинейных системах отношение потерь энергии за период к полной энергии колебаний не остаётся постоянным, а изменяется с изменением амплитуды колебаний. Поэтому закон 3. к. оказывается не экспоненциальным. Простейший с точки зрения закона 3. к. случай - это нелинейная механич. система, в к-рой величина силы трения постоянна (не зависит от величины скорости), а направление силы трения противоположно скорости (т. н. сухое трение). Такая сила трения возникает в системах, движение к-рых связано со скольжением, напр., при колебаниях крутильного маятника с осью, установленной в подшипниках скольжения. В этом случае амплитуды колебаний убывают по закону арифметич. прогрессии. Лит.: Андронов А. А., В и т т А. А., X а й к и н С. Э., Теория колебаний, 3 изд., М., 1981: Г о р е л и к Г. С., Колебания и волны, 2 изд.. М., 1959; Б и ш о п Р., Колебания, пер. с англ., 3 изд., М., 1986.

   <<      Предметный указатель      >>