10-5 一维简谐振动的合成
 

例题10-5-1 个同方向、同频率的简谐振动,它们的振幅相等,初相分别为,依次差一个常量,振动表达式可写为:

        

        

        

        

解:对这种情况,采用旋转矢量法,可以避免繁杂的三角函数运算,有很大的优越性。

按矢量合成法则,将每一简谐振动在时刻的振幅矢量首尾相接,而相邻矢量的夹角均为(如图)。它们构成正多边形的一部分。可见合振动的振幅矢量等于各分振动振幅矢量的矢量和。

下面我们采用几何方法较方便地求出合振动振幅矢量的大小和方向。在图中作的垂直平分线,两者相交于点,它们的夹角显然为。而以为底边,以为顶点的三角形的顶角也等于,所以。因并令其等于,所以。从等腰三角形,可以求得边长,即合振幅矢量的大小为:

        

中,

于是得到:

又因为:


所以:

式中轴间的夹角,就是合振动的初相。

最后求得合振动的表达式为:

        

如果各分振动的初相相同,即,于是有:

        

        

这时合振幅为最大值。