Физика. Задача. Колебания и волны Точка совершает одновременно два гармонических колебания одинаковой частоты, происходящие во взаимно перпендикулярных направлениях по уравнениям: х = А1 cos ωt и y = А2 sin ωt. Определить уравнение траектории точки посредством f(x,y) = 0. Принять: А1=3 см, А2=1 см.
Для нахождения уравнения траектории точки, объединим уравнения амплитудных колебаний в комплексную форму: z = x + iy
где x = A1 cos ωt и y = A2 sin ωt
Тогда z = A1 cos ωt + iA2 sin ωt
Выразим cos ωt и sin ωt через exponents: cos ωt = e(iωt)+e(−iωt)e^(iωt) + e^(-iωt)e(iωt)+e(−iωt)/2 sin ωt = e(iωt)−e(−iωt)e^(iωt) - e^(-iωt)e(iωt)−e(−iωt)/2i
Подставляя эти выражения в z, получаем: z = A1/2A1/2A1/2e(iωt)+e(−iωt)e^(iωt) + e^(-iωt)e(iωt)+e(−iωt) + iA2/2iA2/2iA2/2e(iωt)−e(−iωt)e^(iωt) - e^(-iωt)e(iωt)−e(−iωt)
z = A1/2+iA2/2A1/2 + iA2/2A1/2+iA2/2e^iωtiωtiωt + A1/2−iA2/2A1/2 - iA2/2A1/2−iA2/2e^−iωt-iωt−iωt
Теперь можем записать уравнение траектории точки в виде: fx,yx,yx,y = x−A1/2x - A1/2x−A1/2^2 + y−A2/2y - A2/2y−A2/2^2 - A12+A22A1^2 + A2^2A12+A22/4 = 0
Подставляя значения A1 = 3 см и A2 = 1 см, получаем: fx,yx,yx,y = x−1.5x - 1.5x−1.5^2 + y−0.5y - 0.5y−0.5^2 - 5 = 0
Таким образом, уравнение траектории точки будет: x−1.5x - 1.5x−1.5^2 + y−0.5y - 0.5y−0.5^2 - 5 = 0.
Для нахождения уравнения траектории точки, объединим уравнения амплитудных колебаний в комплексную форму:
z = x + iy
где x = A1 cos ωt и y = A2 sin ωt
Тогда z = A1 cos ωt + iA2 sin ωt
Выразим cos ωt и sin ωt через exponents:
cos ωt = e(iωt)+e(−iωt)e^(iωt) + e^(-iωt)e(iωt)+e(−iωt)/2
sin ωt = e(iωt)−e(−iωt)e^(iωt) - e^(-iωt)e(iωt)−e(−iωt)/2i
Подставляя эти выражения в z, получаем:
z = A1/2A1/2A1/2e(iωt)+e(−iωt)e^(iωt) + e^(-iωt)e(iωt)+e(−iωt) + iA2/2iA2/2iA2/2e(iωt)−e(−iωt)e^(iωt) - e^(-iωt)e(iωt)−e(−iωt)
z = A1/2+iA2/2A1/2 + iA2/2A1/2+iA2/2e^iωtiωtiωt + A1/2−iA2/2A1/2 - iA2/2A1/2−iA2/2e^−iωt-iωt−iωt
Теперь можем записать уравнение траектории точки в виде:
fx,yx,yx,y = x−A1/2x - A1/2x−A1/2^2 + y−A2/2y - A2/2y−A2/2^2 - A12+A22A1^2 + A2^2A12+A22/4 = 0
Подставляя значения A1 = 3 см и A2 = 1 см, получаем:
fx,yx,yx,y = x−1.5x - 1.5x−1.5^2 + y−0.5y - 0.5y−0.5^2 - 5 = 0
Таким образом, уравнение траектории точки будет:
x−1.5x - 1.5x−1.5^2 + y−0.5y - 0.5y−0.5^2 - 5 = 0.