.2.1机械振动与机械波.ppt

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1、2.1机械振动与机械波机械振动物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧所做的往复运动，就叫做机械振动。钟摆的摆动，水上浮标的浮动，担物行走时扁担的颤动，在微风中树梢的摇摆，振动的音叉、锣、鼓、琴弦等都是机械振动。比如：振动的基本概念振动产生的必要条件：物体一离开平衡位置就会受到回复力的作用；阻力要足够小。振动的过程物体（或质点）在受到一定力的作用下，将离开平衡位置，产生一个位移；该力消失后，在回复力作用下，它将向平衡位置运动，并且还要越过平衡位置移动到相反方向的最大位移位置，然后再向平衡位置运动。这样一个完整

2、运动过程称为一个“循环”或叫一次“全振动”。振动的分类周期性振动：每经过一定时间后，振动体总是回复到原来的状态（或位置）的振动非周期性振动：不具有上述周期性规律的振动振动的表征参数周期、频率（振动的快慢），振幅（振动的强弱）振幅A——振动物体离开平衡位置的最大距离，叫做振动的振幅，用A表示。周期T——当物体作往复运动时完成一次全振动所需要的时间，称为振动周期，用T表示。常用单位为秒（s）。对于非周期性振动，往复运动已不再是周期性的，但周期这个物理量仍然可以反映这种运动的往复情况。频率f——振动物体在单位时间内

3、完成全振动的次数，称为振动频率，用f表示。常用单位为赫兹（Hz）,1赫兹表示1秒钟内完成1次全振动，即1Hz=1次/秒。此外还有千赫（kHz），兆赫（MHz）。1、谐振动振子以O点为中心在水平杆方向做往复运动。振子由A点开始运动，经过O点运动到A’点，由C点再经过O点回到A点，且OA等于OA’,此后振子不停地重复这种往复运动。以上装置称为弹簧振子。回复力振子在振动过程中，所受重力与支持力平衡，振子在离开平衡位置O点后，只受到弹簧的弹力作用，这个力的方向跟振子离开平衡位置的位移方向相反，总是指向平衡位置，所以称

4、为回复力。胡克定律在弹簧发生弹性形变时，弹簧振子的回复力F与振子偏离平衡位置的位移x大小成正比，且方向总是相反，即：这个关系在物理学中叫做胡克定律式中k是弹簧的倔强系数。负号表示回复力的方向跟振子离开平衡位置的位移方向相反。物体在受到跟位移大小成正比，而方向总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做谐振动。谐振动举例：谐振动的振动图像2.1.1简谐运动与图像分析－单摆.swf2.1.2简谐振动的图像-弹簧振子.swf谐振动的运动方程：质点M的水平位移y和时间t的关系式：式2－3谐振动：位移随时间的变化符合余弦

5、（或正弦）规律的振动。谐振动的特点：1、回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。2、是一种理想化的运动，振动过程中无阻力，所以振动系统机械能守恒。3、谐振动的振幅、频率和周期保持不变，其频率为振动系统的固有频率，是最简单、最基本的一种振动，任何复杂的振动都可视为多个谐振动的合成2、阻尼振动谐振动是理想条件下的振动，即不考虑摩擦和其它阻力的影响。任何实际物体的振动，总要受到阻力的作用。由于克服阻力做功，振动物体的能量不断减少。同时，由于在振动传播过程中，伴随着能量的传播，也使振动物体的能量不断地减少。不

6、符合机械能守恒定律振幅或能量随时间不断减少的振动称为阻尼振动。超声探头晶片后粘贴阻尼块3、受迫振动受迫振动：物体受到周期性变化的外力作用时产生的振动。如缝纫机上缝针的振动，汽缸中活塞的振动和扬声器中纸膜的振动等。受迫振动刚开始时情况很复杂，经过一段时间后达到稳定状态，变为周期性的谐振动。其振动频率与策动力频率相同，振幅保持不变。受迫振动的振幅与策动力的频率有关。共振：当策动力频率P与受迫振动物体固有频率相同时，振幅最大。探头：使高频电脉冲的频率等于压电晶片的固有频率，从而产生共振，这时压电晶片的电声能量转换效

7、率最高。受迫振动物体受到策动力作用，不符合机械能守恒。超声探头中的压电晶片在发射超声波时：在高频电脉冲激励下产生受迫振动；在起振后受到晶片背面吸收块的阻尼作用，因此又是阻尼振动2.1.2机械波机械波的产生振动的传播过程，称为波动。波动分为机械波和电磁波两大类。机械波的产生与传播过程如图1.3所示的固体弹性模型。质点间以弹性力联系在一起的介质称为弹性介质。（固体、液体、气体）当外力F作用于质点A时，A就会离开平衡位置，这时A周围的质点将对A产生弹性力使A回到平衡位置。当A回到平衡位置时，具有一定的速度，由于惯性

8、A不会停在平衡位置，而会继续向前运动，并沿相反方向离开平衡位置，这时A又会受到反向弹性力，使A又回到平衡位置，这样质点A在平衡位置来回往复运动，产生振动。与此同时，A周围的质点也会受到大小相等方向相反的弹性力的作用，使它们离开平衡位置，并在各自的平衡位置附近振动。这样弹性介质中一个质点的振动就会引起邻近质点的振动，邻近质点的振动又会引起较远质点的振动，于是振动就以一定的速度由近及远地传播开来，从而就