一、理想弦纯强迫振动(仅有强迫力,而初始条件为齐次的)问题的齐次化依照这样的思路:
(A)
、我们的目的是将方程右边的非齐次项(强迫力)消除。为此,设t
时刻x
处弦的位移为u(t,x),先将时间段0~t分割成若干个微元dτ,将u(t,x)看作是前后相继的瞬间外力作用的冲量在时间微元dτ内作用效果的叠加。换句话说,我们先考察时间微元dτ内弦的位移量,然后再进行0~t段的积分就是t时刻x处弦的位移量u(t,x)。
(B)、现在的问题是如何求时间微元dτ内弦的位移。
http://s16/middle/6566a595g8712bdd25bdf&690
我们将力的作用看作无限连续的、前后相继的冲量的作用。在微元时间段dτ的初始t=τ时刻,x处的速度为零,但其所受到的冲量为fdτ=mdω=1*dω(f是单位质量上的力),冲量是瞬时的,它转化为了从t=τ时刻到t=τ+Δτ时刻也就是间段dτ内动量的增加,也就是说在间段dτ内弦不受到冲量和力的作用,它的位移产生的原因来自于微元时间段内初始时刻的加速度。因此该微元时间段dτ内的位移ωdτ满足自由振动方程(无强迫力),成为了齐次方程。齐次波动方程可以用d'Alembert公式进行求解。
二、设得到的理想弦纯强迫振动的解为u2,而弦的自由振动(齐次方程)的解为u1。根据叠加原理,一般弦振动方程(有强迫力,初始条件非齐次)
http://s12/middle/6566a595g8713603ac27b&690
的解u=u1+u2是:
http://s15/middle/6566a595g8713350b5b1e&690
可看出:振动的位移受到初始波形,初始速度,和外力的作用。初始波形向两边扩散,(t,x)处的位移受到x-at和x+at两点初始位移的影响,弦上[x-at,x+at]范围内所有点初始速度以及所受外力的影响。
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