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固有频率计算公式?

233 2024-03-12 10:24

一、固有频率计算公式?

固有频率是指物体在没有外力作用下自由振动的频率。对于简谐振动系统(如弹簧振子、简谐摆等),其固有频率的计算公式为:

f = (1 / 2π) * √(k / m)

其中,f为固有频率,k为系统的弹性系数(如弹簧的弹性系数),m为系统的质量。公式中的2π是圆周率。

需要注意的是,以上公式只适用于简谐振动系统,对于复杂的非简谐振动系统,固有频率的计算可能更为复杂。

二、振动的固有频率与质量公式?

物体的固有频率是指物体在自由振动时的固有振动频率,可以通过以下公式进行计算:

f = (1 / 2π) * √(k / m)

其中,f表示固有频率,k表示物体的弹性系数(刚度),m表示物体的质量。

这个公式基于简谐振动的模型,假设物体在振动过程中满足简谐运动的条件。简谐振动是指物体在受到恢复力作用下,以固定频率和振幅在平衡位置附近来回振动。

三、两个弹簧振子,甲的固有频率是100Hz,乙的固有频率是400Hz.若它们均在频率是300Hz的驱动力作用下受迫振?

两个弹簧振子在频率为300Hz的驱动力作用下做受迫振动时,甲乙振动的频率等于300Hz,乙的频率接近于驱动力的频率,所以乙的振幅较大.故B正确,A、C、D错误. 故选B.

四、固有频率是什么?

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。

五、物体固有频率计算公式?

物体的固有频率(也称为自然频率、共振频率)是指物体在受到周期性外力作用下,能够维持振动的最低频率。固有频率的计算公式与物体的物理特性和几何形状有关。以下是一些常见的物体固有频率计算公式:

1. 弹簧振子:

固有频率 f = (m/k)^0.5

这里,m 是物体的质量,k 是弹簧的劲度系数。

2. 质量-弹簧-阻尼系统:

固有频率 ω = √(k/m) / (1 + (c/2m))

这里,m 是物体的质量,k 是弹簧的劲度系数,c 是阻尼系数。

3. 圆柱体沿长度方向的振动:

固有频率 f = (E/ρL^2) ^ 0.5

这里,E 是材料的杨氏模量,ρ 是物体的密度,L 是圆柱体的长度。

4. 圆盘沿径向振动:

固有频率 ω = (E/ρh³) ^ 0.25

这里,E 是材料的杨氏模量,ρ 是物体的密度,h 是圆盘的厚度。

5. 悬臂梁:

固有频率 ω = (8EI / (ρh³)) ^ 0.25

这里,E 是材料的杨氏模量,I 是梁的惯性矩,ρ 是物体的密度,h 是梁的厚度。

这些公式只涵盖了部分常见物体的固有频率计算方法。实际应用中,可能还需要根据物体的具体形状、材料和约束条件来确定其他物体的固有频率计算公式。