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減衰振動

理想的なバネは抵抗がないが普通は何らかの抵抗がある。また、 水の中等で振動させれば、抵抗があるのは明らかである。そうしたバネを 外部から強制的に力を加えて振動させるのを、強制振動という。 簡単な回路L(コイル), R(抵抗), C(コンデンサー)を交流電源に直列 につないだ場合も同じ方程式で記述できる:

ここに、は抵抗を表し、は固有振動数を、 は時間に依存した強制力を表す(適当な単位で計る)。 xは振動子等の位置、あるいは電圧等である。ドットは時間微分である。 F=0と置いた時の解が過渡現象と呼ばれるもので、 振動が初期状態からどのように減衰していくかを表す gif。 この時の解は

ここに、は初期状態 のxである(振動子なら位置と初速度)。 このxをグラフ化せよ。 ただし、 とし、 の場合の図を重ねあわせて表示せよ。Gnuplotでやる場合は、 あらかじめを電卓で計算 しておくのがよいだろう。また式は直接Gnuplotのウインドーに入れるより、 Edit等で作って、コピー・ペーストをするのが間違いなくできるだろう。 (ペースとしてもAddするまで式は見えないので注意。) gnuplotの場合は、 g=1等とした後、 , のように 使うこともできる。

を変化させたときのグラフの変化を物理的に説明せよ。


Kinya Hibino
Thu Jun 8 18:26:41 JST 1995