结构推理
质量为2m和m的两个质点,用两根劲度系数均为k的轻弹簧悬挂在固定的支架上,如图所示,只考虑竖直方向上的运动。
(1)求系统的简正频率,并描述每种模式的运动;
(2)将质量为2m的质点从平衡位置缓慢地向下移动一段距离l,然后放开,让系统自由振动,求质量为m的质点的运动。
【正确答案】解:(1)取竖直向下的y轴,、分别表示上、下两个质点的位置,原点均取在悬点,再设上、下两个弹簧的原长为、,则
由得
令,使
即
则运动微分方程可改写为
、或、为系统的平衡位置。
令,可得
特征方程为
解出
将、分别代入关于u1、u2的方程组,令,可得。
振动模式可表示为
描述如下:按简正频率为的模式振动,上、下两质点的振动相位相反,振幅比为;按简正频率为的模式振动,上、下两质点的振动相位相同,振幅比也是。
(2)系统的通解为
初始条件:时,
定出
下面的质点的运动方程为
【答案解析】