固有频率是什么

职业培训 培训职业 2025-01-02
固有频率,就是引起共鸣的频率,就是响应频率振幅最大的频率。当你对某一系统施加一个激励信号的时候,系统会产生相应响应,一般的,响应频率和激励频率是相等的。响应频率不一定就是固有频率,固有频率是没有激励下的自由振荡频率。对于钟摆,你就最开始推一下,它会按照自己

固有频率,就是引起共鸣的频率,就是响应频率振幅最大的频率。

当你对某一系统施加一个激励信号的时候,系统会产生相应响应,一般的,响应频率和激励频率是相等的。

响应频率不一定就是固有频率,固有频率是没有激励下的自由振荡频率。

对于钟摆,你就最开始推一下,它会按照自己固有频率摆动,如果你左右按一定的频率施加一个力(激励),它就会按你激励的频率相等的频率摆动,当你的激励频率和固有频率(自由振荡频率)相等的时候,摇摆的幅度最大(这里的意思是力的做功最大)。

我们先看看弹簧振子的固有频率,先看看固有频率怎么来的(我暂时还不知道 下面我来推),方程是牛顿的力学方程,F(合外力)=Ma,

F(激励)-KX=Ma=MX"(x二阶求导为加速度)

MX"+KX=F(激励)

解微分方程,你就会得到关于X的函数。

当F激励为零时候求出固有频率w=√(K÷M)。

物体也可以看成弹簧振子类似,(固体是原子,原子可原子之间的平衡位置力可看做是F=KX)。

但是该模型实际上确是很多弹簧振子的粘合,固体物理里面利用无限长的一维单原子链求解是

w2=(k÷m)×4sin2(0.5aq)

比开根号发现之前的多了个2sin(1/2aq)。a是原子间距,q是波失(一般等于2π÷λ)

没兴趣的下面可以先不看

λ是格波的波长,格波是在一个原子链所有原子整体振动形成一个波的波长(好比你拿绳子甩而形成的波浪,那个波的波长),这个波哪里来的呢?就比如说,你对着铁管传递声音信号,你发出不同频率的波,不同频率波的信号不会互相干扰,但是固体中原子的运动呈现其叠加的状态。看起来你的分子是杂乱无章不像个波的运动,其实是里面蕴含各个声音的信号,而且彼此还是可以提取出来的(这个性质叫做线性)。这个格波就是在杂乱的分子运动中把各个频率的波分离出来的。

然后问题是越薄,固有频率越高,理论上答案是否定。

因为固有频率只与,K,M,原子间距有关。

M是单个原子的质量,是不会变的。

当然不要忘了,我上面理论是针对一个模型来的(无限长的一维单原子链)。

我们可以肯定的说,材料(M,K,a),温度(温度升高原子间距离增大a,相应弹性系数也会增大 k),有人说的硬度其实就是K,也是材料因素

按照上面理论,与外形无关。但是上面理论模型是无限长的一维单原子链为前提。

所以,现在开始说重要的,对于四方四正的固体,你薄一点没多大关系。但是金属片,越薄确实频率越高,因为模型换了,金属片本身的形变能力变强了。

同样长度的金属片,那么你弯曲的时候,厚度的金属片同样弯曲度厚的受力大(K大),质量也越小,但是不一定是成比例减小。弹性系数一般下降的快也就是√(K/M)随着厚度减少越小。

极限情况是薄到只有一层原子的时候,你弯曲原子链基本上就没有弹力了。w=0,不会弯曲振动,只会纵向振动。

我再说说,二胡的固有频率。

你拉的越紧,a越大(这是其次),频率越大。K其实也会变大。还有一点就是你这个弦自然长度时候本身越短的频率也会越大,不信你拿皮筋试试。

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