機械與電學振動

強迫(驅動)振動(forced driven oscillation)

目前為止系統都被放任自行鳴響而下。現在有人持續有節奏地推它——手推鞦韆、路面反覆顛簸汽車、交流電壓驅動電路。強迫振動就是當一個穩定、重複的外力施加於振動系統時所發生的事。問題從「它如何安定?」變成「它被搖動時如何回應?」

在右邊放一個正弦力:m x'' + c x' + k x = F_0 cos(omega t),其中 omega 是驅動頻率(不是系統自己的 omega_0)。完整解分成兩部分。暫態就是先前的自由阻尼部分,它總會消退。穩態響應則是一個強迫振動 x_p(t) = R cos(omega t - phi),與驅動者同步前進,以驅動頻率 omega 振盪,有自己的振幅 R 與落後力的相位滯後 phi。暫態淡去後,只剩這個穩態。

關鍵洞見是:系統以被驅動的頻率回應,而非以自己的自然頻率——但它回應得多強,取決於驅動頻率多接近 omega_0。這種依賴關係就是頻率響應曲線,而它戲劇性的峰值就是共振。這就是為什麼汽車的顛簸感隨車速變化、為什麼玻璃在某個特定唱音下碎裂、以及為什麼每台機器都有它該避開的轉速。

x'' + 2 x' + 5 x = 10 cos(2t):暫態 A e^(-t) cos(2t - psi) 淡去,留下穩態強迫振動,即以驅動頻率 2 振盪、有固定振幅與相位滯後的餘弦。

持久的響應以驅動者的頻率 2 振盪,而非系統自己的頻率。

一個常見混淆:穩態以驅動頻率 omega 振盪,而(會消失的)暫態以阻尼自然頻率 omega_d 振鳴。一開始你看到兩者混在一起;之後才只剩純粹的驅動響應。

又称
driven oscillationforced vibration受迫振動驅動振動