При направлении оси вверх имеем следующее выражение дифференциального уравнения этих колебаний:
где – упругая восстанавливающая сила опор платформы при дополнительном смещении платформы вниз на величину .
После подстановки величины в дифференциальное уравнение получим:
С учётом условия начального равновесия:
получим следующее выражение дифференциального уравнения:
или
,
где .
Дифференциальное уравнение свободных колебаний платформы можно записать в следующем виде:
где – квадрат круговой частоты свободных колебаний, 1/с2:
Из теории дифференциальных уравнений общее решение этого уравнения имеет вид:
Из начальных условий имеем при :
Отсюда:
В итоге получаем уравнение – закон свободных колебаний платформы без учёта сил сопротивления:
Для численного решения дифференциального уравнения второго порядка свободныеколебания без учёта сил сопротивления удобно преобразовать его к системе из двух уравнений первого порядка. Для этого обозначим:
|
|
Тогда получим следующую систему:
Начальные условия для интегрирования этой системы:
6.2 Свободные колебания с учётом сопротивления.
В этом режиме сила сопротивления среды, пропорциональна скорости движения платформы:
где – коэффициент вязкости среды, Н/(м/с).
С учётом фактора сопротивления дифференциальное уравнение свободных колебаний платформы записывается в следующем виде:
или
Обычно данное дифференциальное уравнение приводят к виду:
,
где – коэффициент сопротивления среды, .
Из сравнения двух видов дифференциальных уравнений получаем:
или
Единица измерения величины :
Так как Н = кг ∙ м / с2, то получаем:
Из теории дифференциальных уравнений общее решение полученного дифференциального уравнения имеет вид:
где ,
и – начальные амплитуда и фаза колебаний, определяемые из начальных условий.
Это дифференциальное уравнение получено из общего решения, записанного в виде:
где постоянные интегрирования и представляются в виде:
Тогда:
Отсюда по известной формуле тригонометрии для синуса суммы двух углов и получается первоначально приведённое общее решение дифференциального уравнения. Из начальных условий имеем при :
Из равенства
получаем:
Из выражений
получаем:
При начальных условиях колебаний платформы, а именно:
имеем:
стремится к бесконечности, значит
При найденных величинах и решение дифференциального уравнения свободных колебаний платформы с учётом сил сопротивления имеет вид:
Для численного решения дифференциального уравнения второго порядка свободных колебаний платформы с учётом сил сопротивления это уравнение заменяется системой из двух уравнений первого порядка по аналогии с режимом свободных колебаний без учёта сил сопротивления:
|
|
Для сравнения процессов затухания при расчёте используются два значения коэффициента затухания :
1) при из исходных данных,
2) при .