Свободные затухающие колебания

Кроме силы упругости F = - kx на тело действуют также сила сопротивления, которая при медленных движениях пропорциональна скорости, т. е. , где r - коэффициент сопротивления, с размерностью [r] = кг/с.

С учетом сказанного, уравнение движения тела ( 2-й закон Ньютона ) ma=F будет иметь вид , или, разделив на массу т правую и левую части такого уравнения, имеем :

Рис. 9

, (16)

где - коэффициент затухания; . Его решение будет

Рис. 10

. (17)

Анализируя (17), можно видеть, что:

1) при ,

т.е. движение получается непериодическим, рис. 9; его называют апериодическим, т.к. тело монотонно стремится к положению равновесия.

2) при (18)

где - амплитуда, а

. (19)

Из (19) следует, что затухающие колебания не являются строго гармоническими, их амплитуда A(t), уменьшается с течением времени и тем быстрее, чем больше коэффициент затухания (рис. 10).