Уравнение продольных колебаний струны
Уравнения продольных колебаний для струны, стержня и пружины записываются одинаково. Рассмотрим стержень, расположенный на отрезке оси . Процесс продольных колебаний может быть описан одной функцией представляющий в момент смещение точки, имевший в положении равновесия абциссу . При продольных колебаниях это смещение происходит вдоль стержня. При выводе уравнения будем предполагать, что натяжения, возникающие в процессе колебания, следуют закону Гука.
Подсчитаем относительное удлинение элемента в момент . Координаты концов этого элемента в момент имеют значения:
а относительное удлинение равно:
Переходя к пределу при получим, что относительное удлинение в точке определяется функцией . В силу закона Гука натяжение равно:
Где -модуль Юнга в точке .
Пользуясь теоремой об изменении количество движения, получаем интегральное уравнение колебаний:
где - плотность внешней силы, рассчитанная на единицу длины.
Предположим существование и непрерывность вторых производных функции . Применяя теорему о среднем и совершая предельный переход при и , приходим к дифференциальному уравнению продольных колебаний стержня:
Если стержень однороден , то это уравнение записывают следующим образом:
где
Есть плотность силы, отнесенная к единице массы.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | Поиск по сайту:
|