合振动的振幅和初相公式推导过程(振动方程怎么判断初相位正负)

合振动的振幅和初相公式推导过程(振动方程怎么判断初相位正负)

首页维修大全综合更新时间:2025-05-31 15:58:38

合振动的振幅和初相公式推导过程

假设有两个相同频率的简谐振动,分别表示为A1sin(ωt+φ1)和A2sin(ωt+φ2)。其中,A1和A2分别为两个振动的振幅,φ1和φ2分别为两个振动的初相。

为了推导合振动的振幅和初相公式,可以将两个简谐振动相加。

即合振动为y(t) = A1sin(ωt+φ1) + A2sin(ωt+φ2)。

为了便于计算,可以将上式改写为y(t) = Rsin(ωt+φ)形式,其中R为合振动的振幅,φ为合振动的初相。

使用三角函数的和差公式,可以将上式改写为:

y(t) = Rsin(ωt+φ)

     = R(sinωtcosφ + cosωtsinφ)

     = (Rcosφ)sinωt + (Rsinφ)cosωt

比较上式与y(t) = A1sin(ωt+φ1) + A2sin(ωt+φ2),可以得到以下等式:

Rcosφ = A1

Rsinφ = A2

接下来,我们可以通过以下两步求解R和φ的值:

第一步:将以上两个等式平方后相加,得到(Rcosφ)^2 + (Rsinφ)^2 = A1^2 + A2^2。

根据三角恒等式cos^2θ + sin^2θ = 1,上式可以进一步化简为R^2 = A1^2 + A2^2。

第二步:将以上两个等式作除法,得到tanφ = (Rsinφ)/(Rcosφ) = A2/A1。

通过计算,可以求解得到φ = arctan(A2/A1)。

根据R^2 = A1^2 + A2^2,可以计算得到合振动的振幅R = √(A1^2 + A2^2)。

最终,我们得到合振动的振幅R和初相φ的公式为:

R = √(A1^2 + A2^2)

φ = arctan(A2/A1)

两个同方向同频率的简谐运动,其振动表达式为 x1=6×10^(-2)cos(5t+丌),

x2=2×10^(-2)cos(5t-丌)=2×10^(-2)cos(5t+丌)故合振动x=x1+x2=8×10^(-2)cos(5t+丌)振幅8x10 ^(dao-2),初相丌。

合振动的振幅=分振动振幅差(即A=0.04);初相位取分振动振幅大的那个分振动的振幅(即φ=-π/2)。

当频率一致时,用向量加减的方法很好做。画出t=0时两个函数的向量,x1是指向y轴负方向的长为0.08的向量,x2是指向y轴正方向的长0.04的向量,相加得到一个长0.04指向y负方向的向量。所以得到初相为-pi/2。根据得到向量的长短也可以得到相加后的振幅,而频率也不会变化。

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