chap10 oscillation

14
 บทท   10 การเคล  อนท  แบบคาบ เอกสารประกอบการสอนว ชาฟ กส  1 าหรบว ศวกร และ ฟส กส   นฐาน 1 .ศราว   ใจเย  ภาคว ชาฟ กส  คณะว ทยาศาสตร  มหาว ทยาลยเทคโนโลย ราชมงคลธ ญบ  อน ภาคเคล  อนท  แบบกวดแกว งหร อเคล อนท    ไปแล วกลบมาท  เดม (oscillatory motion) หมายถ งการ เคล  อนท   ารอยการเคล  อนท  เดมเปนคาบเวลารอบต าแหน งใดต าแหน งหน  งท  เปนตาแหน งสมด  เรยกว าการ เคล  อนท แบบพ ออด  (periodic) หร อการเคลอนท แบบคาบ เวลาท  ใช  ในการเคล  อนท  ครบ 1 รอบ เร ยกวา คาบ (period) แทนด วย ระบบท  การเคล   อนท  แบบคาบมมากมาย เช  การเคล  อนท  ของล กต   มนาฬ กา การเคล  อนท ของอะตอมในของแข  การเคลอนท ของมวลต ดกบสปรง การส  นของสายไวโอล   ในบรรดาการ เคล  อนท แบบคาบ การเคล  อนท  ฮาร มอน กอย างง าย (Simple Harmonic Motion, SHM) บเป นชน ดส าค ดเพราะว าสามารถใช คณ ตศาสตรอธ บายการเคล   อนท  ของมนไดง าย T  10-1 สมการการเคล  อนท  าหร บการแกว งแบบ SHM สามารถอธ บายได จากกฎการเคล  อนท   2 ของน วต  2 2 d x F ma m dt Σ = =    (1) จากสมการแรงเน  องจากสปร  F kx =    (2) (1) = (2) 2 2 d x m k dt  x =  2 2 d x k  x dt m =  2 2  0 d x k  x dt m + =  าหนดให  2  k m ω  =  จะได  2 2 2  0 d x  x dt ω + =  เปนสมการการเคลอนท ของระบบการแกว งแบบ SHM สมการการเคล  อนท  ของ SHM   เป นสมการอน พนธเชงเส นอ นด บสอง มค าตอบท  วไปอย   ในร ฟงก นไซน  หร   โคไซน  งน    

Upload: chaimongkol-artyotha

Post on 02-Nov-2015

240 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Oscillation

TRANSCRIPT

  • 10 1 1

    . (oscillatory motion) (periodic) 1 (period) (Simple Harmonic Motion, SHM)

    T

    10-1 SHM

    2

    2

    2

    d xF ma mdt

    = =KK K (1)

    F kx= K K (2) (1) = (2)

    2

    2

    d xm kdt

    x=

    2

    2

    d x k xdt m

    =

    2

    2 0d x k xdt m

    + =

    2 km

    =

    2

    22 0

    d x xdt

    + = SHM SHM

  • 10 - 2

    ( ) sin( )x t A t = + ( t ) + (Phase) t = 0 (angular frequency) A (Amplitude)

    SHM

    [ sin( )]dx dv A tdt dt

    = = + cos( ) ( )dv A t t

    dt = + +

    cos( )v A t = +

    2 2 2 2cos ( )v A t = + 2 2 2 2[1 sin ( )]v A t = + 2 2 2 2 2[ sin (v A A t )] = + 2 2 2 2( )v A= x

    2 2v A= x

    2

    2

    d x dvadt dt

    = =

    [ cos( )da A tdt

    ] = + 2 sin( )a A t = +

    2a x=

    2 2v A= x

    ( ) 0x = v 2 0v A=

    maxv A=

    2a x= ( x A= ) a 2maxa A=

  • 10 - 3

    10-2

    ( ) sin( )x t A t = +

    10-3 SHM SHM SHM

    2 2 21 1 ( )2 2k

    2E mv m A x= = ( 0x = ) x A= x A= = 0

    2 21 12 2p

    2E kx m x= =

  • 10 - 4

    0x = x A=

    2 2max

    12p

    E m A=

    k pE E E= + 2 21 1

    2 2E mv kx= +

    2 2 2 21 1( )2 2

    E m A x kx= + 2 2 2 2 2 21 1 1

    2 2 2E m A m x m x = +

    2 212

    E m A=

    212

    E kA=

    x

  • 10 - 5

    10-4 SHM F ma =

    2

    2

    d xkx mdt

    =

    2

    2 0d x k xdt m

    + = SHM

    2 km

    =

    2

    22 0

    d x xdt

    + =

    km

    = 2 f = 2 kf

    m =

    SHM

    12

    kfm=

    SHM

    2 mTk

    =

  • 10 - 6

    10-5 SHM sinF mg = SHM 5o sin F mg= F ma = mg ma = 0ma mg+ =

    2

    2 0d S gdt

    + =

    2

    2 0d L gdt + =

    2

    2 0dL gdt + =

    2

    2 0d gdt L + =

    SHM

    2

    22 0

    ddt + =

    gL

    = 2 f = 2 gf

    L =

    SHM

    12

    gfL=

    SHM

    2 LTg

    = ( L )

  • 10 - 7

    10-6 SHM ( )( )sinmg d =

    2

    2

    dI Idt = =

    2

    2 sindI mgddt =

    2

    2 sin 0dI mgddt + =

    sin

    2

    2 0dI mgddt + =

    2

    2 0d mgddt I + =

    SHM

    2

    22 0

    ddt + =

    mgdI

    = 2 f = 2 mgdf

    I =

    SHM

    12

    mgdfI=

    SHM

    2 ITmgd

    =

  • 10 - 8

    10-7 SHM () SHM = (kappa) I = I =

    2

    2

    dIdt =

    2

    2 0ddt I + =

    SHM

    2

    22 0

    ddt + =

    I =

    2 f = 2 f

    I =

    SHM

    12

    fI

    =

    SHM

    2 IT =

  • 10 - 9

    10-8 SHM ()

    O

    R

    x

    y

    O B

    A

    B

    xK

    yK

    cosx R = cosx A t= cos( )x A t = + siny R = siny A t= sin( )y A t = +

  • 10 - 10

    10-9 (Damped oscillation)

    2E A A (damped oscillation)

    - -

    F kx bv=

    b

    bv

    F ma = kx bv ma = 0ma bv kx+ + =

    2

    2 0d x dxm b kxdt dt

    + + =

    2

    2 cosb tmx Ae t

    = 2

    24k bm m

    = 0 =

  • 10 - 11

    2

    2 04k bm m = 4b k= m

    4b k= m 4b k> m overdamp 4b k< m underdamp

    10-9 (Forced oscillation)

    (resonance)

  • 10 - 12

    10-1 4 N 0.02 m 2 kg 0.04 m . . 2 kg . . . .

  • 10 - 13

    10-2 SHM 10-1 = 0.05 m 2 ms-1

  • 10 - 14

    10-3 5 kg 0.1 m 0.05 m SHM 10-4 10-8 10-5