机械振动
高中物理机械振动
机械振动简谐运动振幅、周期和频率简谐运动的图像1．机械振动1）物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧所做的往复运动，就叫机械振动，常常简称为振动。
机械振动是一种机械运动，是区别于以前所学的各种运动的一种特殊运动。
如下列物体的运动是机械振动：小球在两光滑斜面间来回运动；用线悬挂一小球，小球在竖直平面内的摆动（单摆）；木块在水面上下运动；击一下鼓，鼓膜的起伏运动，等等。
2）机械振动的特征：第一，有一个“中心位置”（通常称为“平衡位置”），这也是物体停止运动时所在的位置。
如，把单摆的小球拉开再放手，小球就在平衡位置附近左右振动，经过多次重复，最后停在平衡位置。
振动的第二特征，运动具有往复性，这是振动的最大特点。
3）产生机械振动的条件是：一是每当物体离开平衡位置就会受到回复力的作用，这也是振动物体的受力特征；二是阻力足够小。
如果阻力大物体就无法振动，例如单摆的摆球在水中或在很粘的油里，由于阻力很大，几乎不会产生振动。
2．回复力1）使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力。
物体做什么样的运动与物体的受力有密切关系。
从地面竖直向上抛出的物体能返回地面，是因为受到指向地面的力的作用。
与此类似，物体所以能在平衡位置附近做往复运动而不远离，并经多次重复以后还停在平衡位置，是因为受到指向平衡位置的力——回复力的作用。
因此，不论振动物体处于平衡位置的哪一侧，回复力的方向总是指向平衡位置，因而回复力是变力。
2）回复力是按力的作用效果命名的力，由振动物体在指向平衡位置方向上所受的合力来提供。
3．振动物体的位移由于振动是一种往复运动，振动物体的位移不像匀速或变速直线运动那样可以继续增大。
因此在振动中，振动物体的位移是指振动物体相对于平衡位置而发生的位移，它的大小等于振动物体离开平衡位置的距离，方向始终由平衡位置指向某时刻振动物体处于的位置。
只要物体不在平衡位置就有位移，物体在平衡位置两侧位移方向不同。
位移方向与回复力方向相反。
什么是机械振动_使用原理
什么是机械振动_使用原理机械振动是物体或质点在其平衡位置附近所作有规律的往复运动。
那么你对机械振动了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是机械振动的内容，希望大家喜欢!机械振动的原理振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。
振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效。
例如，透平叶片因振动而产生的断裂，可以引起严重事故。
由于现代机械结构日益复杂，运动速度日益提高，振动的危害更为突出。
反之，利用振动原理工作的机械设备，则应能产生预期的振动。
在机械工程领域中，除固体振动外还有流体振动，以及固体和流体耦合的振动。
空气压缩机的喘振，就是一种流体振动。
机械振动的特征只有在已知机械设备的动力学模型、外部激励和工作条件的基础上，才能分析研究机械设备的动态特性。
动态分析包括：①计算或测定机械设备的各阶固有频率、模态振型、刚度和阻尼等固有特性。
根据固有特性可以找出产生振动的原因，避免共振，并为进一步动态分析提供基础数据。
②计算或测定机械设备受到激励时有关点的位移、速度、加速度、相位、频谱和振动的时间历程等动态响应，根据动态响应考核机械设备承受振动和冲击的能力，寻找其薄弱环节和浪费环节，为改进设计提供依据。
还可建立用模态参数表示的机械系统的运动方程，称为模态分析。
③分析计算机械设备的动力稳定性，确定机械设备不稳定，即产生自激振动的临界条件。
保证机械设备在充分发挥其性能的条件下不产生自激振动，并能稳定的工作。
机械振动的种类最简单的机械振动是质点的简谐振动。
简谐振动是随时间按正弦函数变化的运动。
这种振动可以看作是垂直平面上等速圆周运动的点在此平面内的铅垂轴上投影的结果。
它的振动位移为x(t)=Asinωt式中A为振幅，即偏离平衡位置的最大值，亦即振动位移的最大值;t为时间;ω为圆频率(正弦量频率的2π倍)。
它的振动速度为dx/dt=ωAsin(ωt+π/2)它的振动加速度为d2x/dt2=ω2Asin(ωt+π)振动也可用向量来表示。
大学物理-机械振动
机械振动也会影响交通工具的舒适 度，如火车、汽车等在行驶过程中 产生的振动，会让乘客感到不适。
机械振动在工程中的应用
振动输送
利用振动原理实现物料的输送，如振动筛、振动输送机等。
振动破碎
利用振动产生的冲击力破碎硬物，如破碎机、振动磨等。
振动减震
在建筑、桥梁等工程中，采用减震措施来减小机械振动对结构的影 响，提高结构的稳定性和安全性。
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THANKS
机械振动理论的发展可以追溯到 古代，如中国的编钟和古代乐器 的制作。
近代发展
随着物理学和工程学的发展，人 们对机械振动的认识不断深入， 应用范围也不断扩大。
未来展望
随着科技的不断进步，机械振动 在新能源、新材料、航空航天等 领域的应用前景将更加广阔。
02
机械振动的类型与模型
简谐振动
总结词
简谐振动是最基本的振动类型，其运动规律可以用正弦函数或余弦函数描述。
机械振动在科研中的应用
振动谱分析
01
通过对物质在不同频率下的振动响应进行分析，可以研究物质
的分子结构和性质。
振动控制
02
通过控制机械振动的参数，实现对机械系统性能的优化和控制，
如振动减震、振动隔离等。
振动实验
03
利用振动实验来研究机械系统的动态特性和响应，如振动台实
验、共振实验等。
05
机械振动的实验与测量
根据实验需求设定振动频率、幅度和波形等 参数。
启动实验
启动振动台和数据采集器，开始记录数据。
数据处理
将采集到的数据导入计算机，进行滤波、去 噪和整理，以便后续分析。
绘制图表
将处理后的数据绘制成图表，如时域波形图、 频谱图等，以便观察和分析。
机械振动的原因和控制方法
机械振动的原因和控制方法机械振动是指机械系统在运动过程中产生的不稳定波动。
这种振动可能会导致各种问题，包括设备磨损、噪音产生、系统不稳定以及生产效率降低等。
因此，了解机械振动的原因以及采取相应的控制方法至关重要。
本文将讨论机械振动的原因并介绍一些常用的控制方法。
一、机械振动的原因1. 不平衡不平衡是一种常见的机械振动原因。
当旋转的部件存在质量不均匀分布时，会导致高速旋转的不平衡情况，并引起机械系统的振动。
2. 动力激振动力激振是机械振动的另一常见原因。
当外部作用力或扰动作用于机械系统时，会引起系统的振动。
例如，当流体通过管道或风机时，会产生动力激振，引起系统振动。
3. 过度刚度或过度柔度过度刚度或过度柔度也可能导致机械振动。
当刚度过高或过低时，机械系统的固有振动频率与外部激振频率无法匹配，导致系统发生振动。
4. 摩擦和松动摩擦和松动是机械振动的另一常见原因。
在机械系统中，如果存在未适当润滑的表面或连接件，摩擦和松动将导致系统振动。
二、机械振动的控制方法1. 平衡为了控制由于不平衡引起的机械振动，可以进行平衡操作。
这包括在旋转部件上加上补偿块，通过平衡测试来确定所需的修正质量和位置，以减少机械系统的振动。
2. 减振器的使用减振器是常用的控制机械振动的工具。
通过在机械系统中加入减振器，可以吸收和分散振动能量，减少系统振动的幅度。
常见的减振器包括弹簧减振器、阻尼器和橡胶减振器等。
3. 控制刚度和柔度为了避免过度刚度或过度柔度引起的机械振动，需要进行合适的设计和控制。
在设计机械系统时，应确保系统的刚度和柔度在可控范围内，以使其固有振动频率与外部激振频率相匹配。
4. 维护和检修定期维护和检修机械系统有助于防止由于摩擦和松动引起的机械振动。
通过润滑摩擦表面、紧固连接件并定期检查系统的工作状态，可以降低机械振动的风险。
5. 密封和隔音对于一些特殊机械系统，如风机和压缩机，通过合适的密封和隔音设计，可以减少噪音和振动的传播，提高工作环境的舒适度。
机械振动
一、机械振动
振动是指物体在其平衡位置附近作往复性的运动。振动 是自然界和工程中经常遇到的现象，如钟的摆动，船舶、车 辆的颠簸，机械设备工作时的振动，等等。 机械振动是指机器或结构物在其静平衡位置附近作往复 性的运动。一般来说，各种机器设备及其零部件、基础及结 构，由于具有弹性和质量，在一定条件下就会发生振动。 二、引起机械振动的内因和外因 1、造成机械振动的内在因素主要是： （1）振动自身具有一定的质量； （2）振动自身具有一定的刚度。 2、 引起机械振动的外部因素主要有： （1）旋转构件的不平衡，负载、质量分布不均匀等； （2）安装精度不够，造成物体之间的间隙过大； （3）物体表面质量 （1）简谐振动：能用一项正弦或余弦函数来描述 其运动规律的周期性振动； 振动的参数: （a）振幅：指振体偏离平衡位置的最大距离， 它反映了振体的振动范围和强弱，单位为米（m）。 （b）频率：振体在每秒内振动的次数，称为频率， 用符号f表示，单位为赫兹（Hz）。 （c）周期：振体每振动一次（重复一次运动状态） 所需的时间称为周期，用符号T表示，单位为秒 （s）。频率和周期互为倒数关系，即T＝1/f。 （d）圆频率：振动的圆频率是指振体在2π秒内振 动的次数，用符号ω表示，单位为弧度/秒（rad/s）。 圆频率与频率的关系为：ω＝2πf。
三、机械振动的危害 在许多情况下，振动的存在是有害的，主要体现在： （1）耗能：振动要消耗原能量以维持其往复性的运动； （2）破坏：振动产生有损于机械或结构的动载荷，影响 机械设备或结构物的工作性能，缩短设备使用寿命，严重 时会使零件失效甚至破坏而造成事故； （3）噪声：振动会产生损害人体健康的噪声。 四、机械振动的利用 振动的存在是有害的，因此，对大多数机械设备来说， 应尽可能避免振动或将其振动量控制在允许的范围内。但 是，从另一方面也可以利用振动原理制造了大量的有利于 生产发展的振动设备，如振动筛、振动打桩机、混凝土振 捣器等，这里的振动则是有益的。研究振动的目的就是认 识和掌握振动的规律，充分利用振动有益的一面，抑制或 消除不利的一面。
机械振动知识点总结
机械振动知识点总结
机械振动是指物体在作无规则或规则周期性摆动时产生的现象。
以下是机械振动的一些知识点总结：
1. 振动的分类：机械振动可分为自由振动和受迫振动两种。
自由振动是指物体在没有外力作用下，由于初始条件引起的振动；受迫振动是指物体在外力作用下的振动。
2. 振动的标量与矢量表示：振动可以用标量表示，即描述物体在振动过程中的位置、速度和加速度等参数；也可以用矢量表示，即描述物体振动过程中的位移、速度和加速度等矢量量。
3. 振动的周期与频率：周期是指物体完成一次完整振动所需的时间；频率是指单位时间内振动次数的倒数。
两者之间满足 T = 1/f 的关系，其中 T 表示振动周期，f 表示振动频率。
4. 振动的幅度与相位：振动的幅度是指物体振动过程中，位移、速度或加速度的最大值；相位是指某一时刻物体振动状态相对于某一参考点的时间差。
5. 振动的简谐振动：简谐振动是指振动物体的加速度与其位移成正比，反向相反的振动。
在简谐振动中，振动物体的加速度与位移之间存在相位差的关系。
6. 振动的阻尼和共振：阻尼是指振动物体受到的摩擦力或阻尼力，使得振动过程中能量逐渐耗散的现象；共振是指外界周期性作用力与振动物体的固有频率相等或接近时，振动幅度会急
剧增大的现象。
7. 振动的能量：振动物体具有动能和势能两种能量形式。
在振动过程中，动能和势能会不断转换，总能量守恒。
8. 振动的叠加原理：当物体受到多个振动力的作用时，振动的总效果等于各个振动力分别作用时的效果之和。
这些是机械振动的一些基本知识点，深入研究机械振动还包括振动系统的建模与分析、振动的稳定性和控制等内容。
机械振动概念、知识点总结
机械振动概念、知识点总结1、机械振动：物体在平衡位置附近的往复运动。
例1：乒乓球在地面上的来回运动属于往复运动，不属于机械振动。
因为：乒乓球没有在平衡位置附近做往复运动。
（1）平衡位置：①物体所受回复力为零的位置。
②振动方向上，合力为零的位置。
③物体原来静止时的位置。
（2）机械振动的平衡位置不一定是振动范围的中心。
（3）机械振动的位移：以平衡位置为起点，偏离平衡位置的位移。
（4）回复力：沿振动方向，指向平衡位置的合力。
①回复力是某些性质力充当了回复力，所以回复力是效果力，不是性质力。
②回复力与合外力的关系： 直线振动（如弹簧振子）：回复力一定等于振子的合外力，也就是说，振子的合外力全部充当回复力。
曲线振动（如单摆）：回复力不一定等于振子的合外力。
③平衡位置,回复力为零。
例2：判断：机械振动中，振子的平衡位置是合外力（加速度）为零的位置。
答：错误。
正例：弹簧振子的平衡位置是合外力为零的位置。
反例：单摆中，小球的最低点为平衡位置，回复力为零， 但合外力为：2mv F F T mg L==-=合向 最低点时，小球速度最大，0v ≠，所以0F ≠合2、简谐运动（简谐运动是变加速运动，不是匀变速运动） （1）简谐运动定义：①位移随时间做正弦变化②回复力与位移的关系： F 回=-kx ，即：回复力大小与位移大小成正比。
（2）F 回，x ，v 的关系①F 回与x 的大小成正比，方向总是相反。
（F 回总是指向平衡位置，x 总是背离平衡位置） ②v 的大小与F 回，x 反变化，但方向无联系。
振动范围的两端：F 回，x 最大，v=0，最小 平衡位置： F 回=0，x =0最小，v 最大例3：判断：简谐振动加速度大小与位移成正比 答：错误。
正例：弹簧振子的F 合=F 回=-kx ，a=F 合/m=-kx/m ，a 与位移大小成正比反例：单摆中，小球在平衡位置时，位移为零，但0F ≠合，0a ≠，a 与位移大小不成正比。
机械振动和简谐振动
机械振动和简谐振动机械振动是自然界和工程实践中常见的现象，而简谐振动则是机械振动中最为基本和重要的模型。
本文将介绍机械振动和简谐振动的概念、特点以及一些应用。
一、机械振动的概念和特点机械振动是物体围绕平衡位置做周期性的往复运动。
它可以是机械系统中的部件振动，也可以是整个机械系统的振动。
机械振动往往由质点或弹簧等弹性元件的弹力引起。
其特点如下：1. 周期性：机械振动的运动是周期性的，当物体围绕平衡位置做一次完整的往复运动后又回到同样的位置和状态。
这一周期性使得机械振动具有可预测性和可重复性。
2. 频率：机械振动的频率是其运动的重要特征，代表了单位时间内振动的次数。
频率与振动周期的倒数成正比，可以通过实验或计算得到。
3. 幅度：机械振动的幅度代表了振动的最大位移或最大速度。
幅度与振动的能量大小相关，可以通过实验或计算得到。
4. 阻尼和驱动力：机械振动中常常存在阻尼和外加驱动力。
阻尼消耗了振动的能量，而驱动力则为物体提供了能量，影响了振动的稳定性和特性。
5. 谐振现象：在机械振动中，当外加力的频率接近物体的固有频率时，会出现谐振现象。
谐振时，振动幅度最大，能量传递效率高。
二、简谐振动的概念和特点简谐振动是机械振动中最简单的一种形式，其模型假设了无阻尼和驱动力的作用。
简谐振动具有以下特点：1. 一维振动：简谐振动在物理模型中往往被假设为一维振动，即物体围绕一个平衡位置在一条直线上往复振动。
2. 束缚性：简谐振动在一个有限范围内进行，物体保持在某个平衡位置附近做往复运动，不会无限制地扩散或发散。
3. 固有频率：简谐振动的频率与物体的固有特性有关，而与外界的驱动力无关。
物体的固有频率可以通过实验或计算得到。
4. 振幅和相位：简谐振动的振幅和相位是其两个重要的参数。
振幅代表振动的最大位移或速度，而相位则代表振动的位置关系。
5. 能量守恒：在简谐振动中，能量在势能和动能之间周期性转换，总能量保持不变，体现了能量守恒定律。
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机械振动练习题
1、在水平方向上振动的弹簧振子如图所示，受力情况是( )
A.重力、支持力和弹簧的弹力
B.重力、支持力、弹簧弹力和回复力
C.重力、支持力和回复力
D.重力、支持力、摩擦力和回复力
2、做简谐运动的质点在通过平衡位置时，下列物理量中具有最大值的物理量是（ ）
A.动能
B.加速度
C.速度
D.位移
3、一简谐运动的图象如图所示，在0.1—0.15 s 这段时间内()
A.加速度增大，速度变小，加速度和速度的方向相同
B.加速度增大，速度变小，加速度和速度方向相反
C.加速度减小，速度变大，加速度和速度方向相同
D.加速度减小，速度变大，加速度和速度方向相反
4、一个质点在平衡位置O 点附近做简谐运动，如图所示，若从O 点开始计时，经过3 s 质点第一次经过M 点； 再继续运动，又经过2 s 它第二次经过M 点.则该质点第三次经过M 点所需要的时间是（ )
A.8 s
B.4 s
C.14 s
D.3
10s 5、甲、乙两弹簧振子质量相等，其振动图象如图所示，则它们振动的机械能大小关
系是E 甲______E 乙（填“＞”“＝”或“＜”）；振动频率的大小关系是f 甲______f 乙；
在0—4 s 内，甲的加速度为正向最大的时刻是______，乙的速度为正向最大的时刻
是____________.
6、如图所示为一弹簧振子的振动图象，规定向右的方向为正方向，试根据图象分析以下
问题：
（1）如图所示的振子振动的起始位置是_______，从初始位置开始，振子向_______（填“右”或“左”）运动.
（2）在图中，找出图象中的O 、A 、B 、C 、D 各对应振动过程中的哪个位置？即O 对应_________，A 对应_________，
B 对应_________，
C 对应________，
D 对应________.
（3）在t=2 s 时，振子的速度的方向与t=0时速度的方向_________.
（4）质点在前4 s 内的位移等于_________.
7、一弹簧振子沿x 轴振动，振幅为4 cm 。
振子的平衡位置位于x 轴上的O 点，如图所示，a 、b 、c 、d 为4个不 同的振动状态，黑点表示振子的位置，黑点上箭头表示运动的方向；图中给出的①、②、③、④四条振动图
象，可用于表示振子的振动图象是( )
A.若规定状态a 时t=0，则图像为①
B.若规定状态b 时t=0，则图像为②
C.若规定状态c 时t=0，则图像为③
D.若规定状态d 时t=0，则图像为④
8、把一个小球套在光滑细杆上，球与轻弹簧相连组成弹簧振子，小球沿杆在水平方向做简谐运动，它围绕平衡位 置O 在A 、B 间振动，如图所示.下列结论正确的是（ )
A.小球在O 位置时，动能最大，加速度最小
B.小球在A 、B 位置时，动能最大，加速度最大
C.小球从A 经O 到B 的过程中，回复力一直做正功
D.小球从B 到O 的过程中，振动的能量不断增加
9、一个单摆，在第一个行星上的周期为T 1，在第二个行星上的周期为T 2，若这两个行星的质量之比为M 1∶M 2=4∶1， 半径之比R 1∶R 2=2∶1，则( )
A.T 1:T 2=1:1
B.T 1:T 2=4:1
C.T 1:T 2=2:1
D.T 1:T 2=1:2
10、细长轻绳下端拴一小球构成单摆，在悬挂点正下方2
1摆长处有一个能挡住摆线的钉子A ，如图所示。
现将单
摆向左拉开一个小角度，然后无初速地释放。
对于以后的运动，下列说法中正确的是( )
A.摆球往返一次的周期比无钉子的单摆周期小
B.摆球在左、右两侧上升的最大高度一样
C.摆球在平衡位置左右两侧走过的最大弧长相等
D.摆线在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍
11、用单摆做测量重力加速度的实验，某同学做实验时，操作上错误或不合理的有( )
A.取单摆的最大偏角大于10°
B.摆球摆动到最高点开始计时
C.防止摆球在水平面内做圆周运动或椭圆运动
D.测出的摆线长就是摆长
E.在平衡位置启动秒表，并开始计数，当摆球第30次经过平衡位置时制动秒表，若读数为t ，则T=30
t 12、在一个单摆装置中，摆动物体是个装满水的空心小球，球的正下方有一小孔，当摆开始以小角度摆动时，让水 从球中连续流出，直到流完为止，由此摆球的周期将（ )
A.逐渐增大
B.逐渐减小
C.先增大后减小
D.先减小后增大
13、若单摆的摆长不变，摆球质量变为原来的2倍，摆球经过平衡位置的速度减为原来的1/2，则该单摆振动的（ )
A.频率变大，振幅变小
B.频率变小，振幅变大
C.频率不变，振幅变小
D.频率不变，振幅变大
14、一单摆做小角度摆动，其振动图象如图所示，以下说法正确的是（ )
A.t 1时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最小
B.t 2时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小
C.t 3时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最大
D.t 4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大
15、一物体做阻尼振动，下列说法正确的是()
A.振幅随时间减小
B.周期保持不变
C.机械能随时间减小
D.周期随时间减小
16、如图所示,曲轴上悬挂一弹簧振子,转动摇把,曲轴可以带动弹簧振子上下振动,开始
时不转动摇把,让振子上下自由振动,测得振动频率为2 Hz,然后匀速转动摇把,转速
为240 r/min当振子振动稳定后,振子的振动周期是（）
A.0.5 s
B.0.25 s
C.2 s
D.4 s
17、如图，某同学看到一只鸟落在树枝上的P处，树枝在10s内上下振动了6次.鸟飞
走后，他把50g的砝码挂在P处，发现树枝在10s内上下振动了12次.将50g的
砝码换成500g的砝码后，他发现树枝在15s内上下振动了6次，你估计鸟的质量
最接近（）
A.50 g
B.200 g
C.500 g
D.550 g
18、如图所示，在一根弹性木条上挂几个摆长不等的单摆，其中A、E的摆长相等，A摆球的质量远大于其他各摆.
当A摆振动起来后，带动其余各摆也随之振动，达到稳定后，以下关于各摆振动的说法正确的是（ )
A.各摆振动的周期都相等
B.B摆振动的周期最小
C.B、C、D、E四摆中，E摆的振幅最大
D.C摆振动的周期最大
19、图（a）是演示简谐运动图象的装置，当盛沙漏斗下面的薄木板N被匀速地拉出时，摆动着的漏斗漏出的沙在
板上形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的关系，板上的直线OO1代表时间轴.图（b）是两个摆中的沙在各
自木板上形成的曲线，若板N1和板N2的速度v1和v2的关系为v2=2v1，则板N1、N2上曲线所代表的振动的周期
T1
和T2的关系为（ )
A.T2=T1
B.T2=2T1
C.T2=4T1
D.T2=T1/4
20、一质点做简谐运动的振动图像如图所示。
(1)该质点振动的振幅是cm。
周期是s。
初相是。
(2)写出该质点简谐运动的表达式，并求出当t=1s时质点的位移。