这个仿真实验展示了一个典型的受迫振动过程。系统中包含一个由外部驱动力(激励器)带动的谐振器。当外部驱动力的频率接近系统的固有频率时,就会发生共振现象。
物理规律:在共振状态下,谐振器的振幅达到最大值。此时,谐振器的运动相位滞后于激励器 90°(π/2)。如果阻尼较小,共振峰将变得非常尖锐。
共振的物理特性
- 低频区:驱动频率极低时,系统几乎与激励器同步,振幅接近。
- 共振区:当 ω ≈ ω₀ 时,位移落后驱动力约 π/2 弧度,能量传输效率最高,振幅达到极大。
- 高频区:驱动频率极高时,位移与驱动力相位相反(相差 π),振幅极小。
实验指南
- 参数设置:调整弹簧常数、质量、阻尼和激励频率。输入后按 回车键 (Enter) 确认。
- 观测模式:
• y-t 图线:观察位移随时间的变化,注意相位的滞后。
• 幅频曲线:观察振幅随频率的变化,寻找共振峰。
• 相频曲线:观察相位差随频率的变化,注意共振点的相位跳变。
- 慢动作:勾选“慢动作”可将动画速度降低 10 倍,便于细致观察相位关系。