自由振动与受迫振动的区别
在我们日常生活中,会遇到各种各样的物体运动。在物理学领域,物体在一段时间内从一个位置移动到另一个位置被称为平移运动。
例如,空中飞行的飞机、运动中的火车或运动中的球,这些都是平移运动的例子。然后是振荡运动,其中物体重复相同的动作。时钟、音叉、秋千等的运动都是振荡运动的例子。通过考虑振荡和波的作用,可以解释许多日常现象。
如果系统在初始激励后,仅在其内部力的作用下继续振荡,而没有任何外部力的作用,则我们说这些振荡是自由的。然而,如果来自系统外部的力使系统保持振荡状态,则称这些振荡为受迫振荡。
这里作用的外部力被称为“驱动力”。因此,当物体不受任何外力作用而振荡时,则称其执行自由振动,但当自由振荡系统受到外力作用时,它就开始产生受迫振动(或振荡)。让我们比较和对比自由振荡和受迫振荡,并了解它们的区别。
自由振荡
以音叉为例。音叉有一个预定的频率,当敲击时会以该频率振动。这里的音叉充当自由振荡器,其以自然频率振动表明它处于自由振荡状态。因此,自由振荡器是可以不受外部来源干扰,以其自身自然频率振荡的振荡器。
如果系统在初始激励后,在没有施加任何外力的前提下,受其自身内部力的作用而振荡,则这些振荡是自由的。对于该物体,这种情况被称为“自由振荡”。
在没有驱动力的情况下,自由振荡器将保持恒定的振幅和周期。在一个理想的世界里,自由振荡器不会受到阻尼的影响,除非对其自由振荡施加某种阻力。
受迫振荡
以秋千为例。只需轻轻一推,秋千就会成为一个自由振荡器,不受任何外部刺激的影响,以其自身的自然频率振荡。但是,它最终会停止摆动。但是,如果你在秋千减速或到达特定点时推动它,它就会表现为受迫振荡器,并继续摆动,因为它正在受到外力的作用。因此,物体屈服于外力,并以与力相同的振幅和频率振荡。当这种情况发生时,产生的振荡称为受迫振荡。
在技术术语中,受迫振荡是指物体在周期性力的作用下振荡,但频率与其自然频率不同。
区别:自由振荡与受迫振荡
下表突出了自由振荡和受迫振荡之间的主要区别 -
特征 |
自由振荡 |
受迫振荡 |
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定义 |
自由振荡是指物体不受外力作用下所执行的振荡。它们是由于系统的弹性力和惯性引起的。 在没有任何外力的情况下,自由振荡器被认为具有恒定的振幅和周期。 |
受迫振荡可以定义为物体在周期性外力的影响下,以与其自然频率不同的频率振荡的振荡。 此处的外部力称为驱动力。 |
例子 |
让我们以游乐场的秋千为例。当你只推动秋千一次时,它会以其自身的自然频率振荡,不受任何外力的干扰,因此它充当自由振荡器。 自由振荡的其他例子包括音叉、摆等。 |
让我们以游乐场的秋千为例。当每次秋千开始减速或到达某个点时,你都推动它,它将继续摆动,因为它现在正受到外力的作用,因此它充当受迫振荡器。 |
结论
自由振荡和受迫振荡是两种不同类型的振荡,发生在不同的场景中。自由振荡发生在物体在没有任何外力的情况下开始运动时,并且运动在没有任何外部输入的情况下继续。受迫振荡发生在外力持续作用于物体时,导致它以特定频率振动。
了解这两种振荡之间的区别在各个领域都很重要,包括工程学、物理学和力学。