针对波尔共振仪的拓展性和设计性实验研究(2)
本文通过实验实践了几种测量阻尼系数的方法，探讨了固有周期随振幅的变化关系，研究了阻尼力矩与角加速度的关系。
1.1 受迫振动简述 做振动的无阻尼线性系统在外力的作用下使物体离开平衡位置后就能按其固有频率振动，而不再需要外力的作用，这种不在外力的作用下的振动称为自由振动；由于振动系统受到各种诸如介质阻力或摩擦的能耗而使振幅随时间不断衰减的振动叫做阻尼振动；物体在周期性外力的作用下产生的振动叫做受迫振动，这个周期性的外力叫做驱动力[3]。假设外力按照简谐振动规律变化，则在达到稳定状态后物体振动形式也是简谐运动：它的频率与外力频率相同，振幅则与外力的频率、振幅、振动系统的固有频率及阻尼系数有关，它的振动相位则取决于外力的频率、振动系统的固有频率和阻尼系数。当驱动力频率接近物体振动的固有频率且满足一定条件时，物体将会出现位移共振现象：振幅最大，振动物体与外力的相位差接近90°;而当驱动力等于物体振动固有频率时将会形成速度共振现象：速度振幅最大，振动物体与外力的相位差等于90°[3]。
1．2实验原理 波尔共振仪的结构如图1.1 所示(电器控制箱和电机没有在图中画出)， 钢制摆轮 （编号4）的转动惯量为J，摆轮能够转动，转动时从阻尼线圈8 的两极之间穿过;阻尼线圈通电后产生电磁阻尼，此电磁阻尼的力矩大小能够通过改变线圈电流来调节;蜗卷弹簧 6 的劲度系数是k[4]，电机通过摇杆5 和连杆 9 驱动蜗卷弹簧支点作周期摆动，一段时间后驱动摆轮做受迫振动;当摇杆通过 a(t)=amcosωt(am 为摇杆摆动的振幅)形式做周期摆动时，弹簧的支点由此而做周期性的转动;如果摆轮与弹簧终点固定在一起且转过角度 θ，那么弹簧终点相对于弹簧支点的转过的角度为θ- a(t)=θ- amcosωt ，电磁阻尼与摆轮角速度成正比，因此设其为−γ�
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