2015-01-21
3408
Рассмотрим результат сложения двух гармонических колебаний одинаковой частоты 
, происходящих во взаимно перпендикулярных направлениях вдоль осей х и у. Для простоты начало отсчета выберем так, чтобы начальная фаза первого колебания была равна нулю:
(145.1)
Разность фаз обоих колебаний равна 
, А и В — амплитуды складываемых колебаний.
Уравнение траектории результирующего колебания находится исключением из выражений (145.1) параметра t. Записывая складываемые колебания в виде
и заменяя во втором уравнении 
на х / А и 
на 
, получим после несложных преобразований уравнение эллипса, оси которого ориентированы относительно координатных осей произвольно:
(145.2)
Так как траектория результирующего колебания имеет форму эллипса, то такие колебания называются эллиптически поляризованными.
Ориентация осей эллипса и его размеры зависят от амплитуд складываемых колебаний и разности фаз . Рассмотрим некоторые частные случаи, представляющие физический интерес:
1) = m 
(m = 0, ± 1, ±2,...). В данном случае эллипс вырождается в отрезок прямой
(145.3)
где знак плюс соответствует нулю и четным значениям m (рис. 205, a), a знак минус — нечетным значениям m (рис. 205, б).
Рис. 205 Рис. 206
Результирующее колебание является гармоническим колебанием с частотой и амплитудой 
, совершающимся вдоль прямой (145.3), составляющей с осью х угол = 
В данном случае имеем дело с линейно поляризованными колебаниями.
2) = (2 m + 1) 
(m = 0, ±1, ±2,...). В данном случае уравнение примет вид
(145.4)
Это уравнение эллипса, оси которого совпадают с осями координат, а его полуоси равны соответствующим амплитудам (рис.206). Кроме того, если А = В, то эллипс (145.4) вырождается в окружность. Такие колебания называются циркулярно поляризованными колебаниями или колебаниями, поляризованными по кругу.
Рис. 207
Если частоты складываемых взаимно перпендикулярных колебаний различны, то замкнутая траектория результирующего колебания довольно сложна. Замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два взаимно перпендикулярных колебания, называются фигурами Лиссажу (Ж. Лиссажу (1822—1880) — французский физик). Форма этих кривых зависит от соотношения амплитуд, частот и разности фаз складываемых колебаний. На рис. 207 представлены фигуры Лиссажу для различных соотношений частот (указаны слева) и разностей фаз (указаны вверху).
Отношение частот складываемых колебаний равно отношению числа пересечений фигур Лиссажу с прямыми, параллельными осям координат. По виду фигур можно определить неизвестную частоту по известной или определить отношение частот складываемых колебаний. Поэтому анализ фигур Лиссажу — широко используемый метод исследования соотношений частот и разности фаз складываемых колебаний, а также формы колебаний.
