
【電】 coupled oscillations
coupling
【計】 coupling
oscillation; surge; vibration
【化】 oscillations
【醫】 agitate; agitation; shaking; succuss; succussion
耦合振蕩(Coupled Oscillations)是指兩個或多個振動系統通過能量交換或相互作用形成的協同振動現象。該概念在物理學、工程學及電子電路領域具有重要應用,其英文表述為"coupled oscillations",字面意為"相互連接的振動系統"。
從物理本質分析,耦合振蕩系統滿足能量守恒定律和牛頓運動定律。當兩個相同頻率的彈簧振子通過彈性介質連接時,會形成典型的耦合振子模型。其運動規律可通過聯立微分方程描述: $$ mfrac{dx_1}{dt} = -kx_1 + k_c(x_2 - x_1) $$ $$ mfrac{dx_2}{dt} = -kx_2 - k_c(x_2 - x_1) $$ 其中$k_c$為耦合系數,該數學模型被收錄于《朗道力學》等經典物理學著作。
在工程實踐中,耦合振蕩原理廣泛應用于:
從學科發展史角度,耦合振蕩理論起源于19世紀亥姆霍茲對聲學共振的研究,後經龐加萊在《天體力學新方法》中建立完整的數學框架。現代工程領域則通過模态分析法實現複雜耦合系統的解耦處理。
耦合振蕩是物理學中描述兩個或多個振動系統通過相互作用形成能量交換的現象。以下是詳細解釋:
耦合振蕩指相互關聯的振動系統之間通過能量傳遞形成共同運動的現象。例如彈簧連接的兩個擺()、電感耦合的LC電路()等。當系統間存在耦合時,原本獨立的振動模式會相互影響,形成新的複合振動特性。
以經典的雙彈簧振子為例,其運動方程可表示為: $$ m_1frac{dx_1}{dt} = -k_1x_1 + k_c(x_2 - x_1) $$ $$ m_2frac{dx_2}{dt} = -k_2x_2 - k_c(x_2 - x_1) $$ 其中$k_c$為耦合系數,反映相互作用強度()。
當耦合系統達到共振條件時,能量傳遞效率顯著提升,這種現象稱為耦合共振。例如地震時建築物與地基的共振可能加劇破壞()。
如需更完整的公式推導或工程案例,可參考物理學教材中關于耦合振動的章節。
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