Nazariy fizika kursi
Download 132.13 Kb. Pdf ko'rish
|
massasin i m h deb belgilavlik. Yuqorida kelti- rilgan hisob bo'y icha bu m olekulanin g mustaqil tebranishlari soni 3 ■ 3 — 5 = 4 bo'lishi kerak. Ular rasmda ko'rsatilgan — b o'ylan m a tebra- nishlari soni 2 ta, ko'ndalang tebranishlari soni ham 2 ta (rasmda ularning bittasi ko'rsatilgan, ikkinchisi huddi shuning o'zi, faqat tebranish yo'nalishlari rasm tekisligiga perpendikulardir). Sistem anin g bo'y la nm a harakat Lagranj funk- sivasi: a i в i a) I A J X b) I cl) 4.11- rasm. Chiziqli m olekulaning tebranishlari turlari. L ~ - ‘‘h к Хт , ~ ~ { xi - x 2 y + ( x 2 - x ^ y (4.135) 2 ' 21 AB bogManish kuchi BA bog'lanish kuchiga teng, shuning uchun ikkala hoi uchun ham bitta koeffitsiyent к olindi. Harakat tenglamalari ш„Л| +/t(.v, - ,v2) = 0 . nihx 2 + к (2.v; - л-, - лч) = 0, тахг + к ( х г - х 2 ) = 0 inersiya sistemasiga o'tish sharti bilan to'ldirilishi kerak: m a (.v, + .v 3 ) + m hx 2 = 0 . Agar birinchi tenglamadan uchinchi ayirilsa + - * 0 = () (4 .1 3 6 ) ( 4 .1 3 / (4.138) tenglama olinadi. Bu bizga ko'rilayotgan masala uchun Q ~ x . nata tabiiy koordinata ekanligini ko'rsatadi. (4.137) shartdan x 2 koordinatani an iqlab olib , ik kinchi tabiiy k o ord inata Q = x ~ x , ek an ligin i k o ‘ramiz. Shularning natijasida ikkita mustaqil tenglamalar sistemasi qoldi: a + — g , = o . a + t ^ s ^ a = o . m„mh (4 .1 3 9 ) Haqiqatan ham, boshidagi uchta harakat tenglamalari bitta bog'lanishga b o 'y s u n is h i kerak ed i, d e m a k , u larn in g ichid a faqat ikkitasi m ustaqil ekan. Biz ularni topdik. Kiritilgan yangi koordinatala r Qa, Q b norm al koordinatalardir (norm ala rig acha aniqlikda). Ko'rinib turibdiki, Qs koor- dinataga 0) ( 4 .1 4 0 ) 109 c h a sto tali te b ra n ish m o s keladi, Q k o o r d in a t a g a esa kM c o „ = . l ~ - ~ ( 4 1 4 1 ) chastotali tebranish m os keladi, bu yerda M = 2 m + m — m o le k u la n in g t o i i q massasi. a>a chastotali tebranishga 4.11-rasm dagi a-h ol to'g'ri keladi, (oa chastotali tebranishga 4.11-rasmdagi b -h ol to'g'ri keladi. Faraz qilaylik, wh » m a bo'isin. Bu holda (оа -с о . bo'Iadi. Sistem aning ko'ndalang tebranishlariga o'taylik. Bu hoida birinchidan, butuniikcha ilgarilanma harakatni chiqarib tashlash kerak: m„ ( л + >'? ) + т1,У2 = ()> (4.1 42) ikkinchidan, butuniikcha aylanma harakatni chiqarib tashlash kerak (x, y) - tekisligidagi aylanishga im puls m o m e n t in in g z k o m p o n e n t a s i m o s keladi): V (4.143) :/,?«(-viG>i >'кЛ)+нг,Дл-20у 2 - у 20л2 ) + ma (а30у3 у30л3 ) - 0 . Tushunarliki, л20 = 0, A, q = -.vM = I, yl0 = y20 = y30 = 0 . D e m a k , sistemaga qo'yilgan ikkinchi shart V | = y 3 (4 .1 4 4 ) ^ j 2 _ ko'rin ishga ega ekan. Kvadratik aniqlikda potensial K o ‘n d a la n e energiyani topish qoldi. teb ra n ish la rg a Agar ABA ch izi4 nin8 K burchakdan og'ishini 4 .1 2 - 0 j(l rasmdagidek 5 harfl bilan belgilansa S = ~ ( y l - y 2 + ) \ - y i ) (4 .1 4 5 ) deb yozib olish kerak (kichik burchak rasmda bo'rttirib ko'rsatilgan). K o ' n dalang tebranishlar uchun Lagranj funksiyasini tuzib olinadi: !!!A(v 2 - v n + - ^ v ; - ^ / 2 5 2. V- I / 0 ■ •- 2 ' ' > 2 2 (4.1 44) ni hisobga olib (4.1 42) va (4.145) lardan (4 .1 4 6 ) 1 m J d nit IS vi = Гз = ----------. У2 = ----- :— • >n = 2 mA + m B, (4.147) 2 m in ekanligi topiladi. Bu esa Lagranj funksiyasini 110 l = !14! ^ S 2 _ I4 12s 2 4 M8 ) 4 m 2 ko'rinishga keltirishga im kon beradi. Bu yerdan ko'ndalang tebranishlar chastotasini topish qiyin emas: 2 kkm (‘U 4 9 ) 4 .6 . Zanjirlarning tebranishlari U m u m i y h o ld a (4.118) va (4.128) tenglam alarni yechib sistemadagi xususiy ch a stotalarni to pish m u rak k a b masala. Fizik nuqtayi n az arda ti qiziq bo 'lg an bir xususiy ho! k o ’rib chiqiladi, u h a m b o 'lsa bir chiziqqa terilgan m assasi m b o 'lg a n m o d d iy n u q ta la r sistemasi bo'lsin. U la r orasida bikirligi к b o 'lg a n pru jin alar b o 'lsin , bu prujinalar m assalarni m u v o z a n a t holatiga qaytaruvchi kuchlarga olib keladi. 31-rasm da b u nday sistemalarning u c h xili ko'rsatilgan: birining ikkala chegaraviy nuqtalari m a h k a m la n g a n , ikkinchisining bitta chegaraviy nuqtasi m a h k a m la n g a n , u ch in c h is in in g chegaraviy nuqtalari ozod. M assalarning soni A'ga teng bo'lsin. U c h a la sistem a u c h u n Lagranj funksiyalari tuziladi. / n u q ta n in g o 'z m u v o z a n a t h o lid an siljishini a ; deb belgilanadi. U c h a la hoi u c h u n h a m kinetik energiya b ir xil bo'ladi: „ til I .2 • 2 \ M \ • "> 7 = у (*Г + Я + A-J + ■ • + A'v j = — 2_, ■ (=1 Potensial energiya birinchi h o ld a к U„ =■ 2 А ,2 + { х х - х г у + ( х 2 - х ъ ) + ■ ■ + ( xN_x ~ X N У + x \ Ik kinchi h olda u h -- U c h in c h i h o ld a esa "'-I (jc, - x2 у + ( x2 - x3 )- + • ■ • + (*,v_, - xN ) (4.150) (4.151) (4.153) B irinchi h o ld a chegaraviy m assalarga ikki t o m o n d a n m u v o z a n a tg a 111 d) 4.13- rasm. Zanjirlar: a) ikkala uchi mahkamlangan; b) bir uchi ozoci; c) ikkala uchi ozod. qaytaruvchi kuch t a ’sir qiladi, ikkinchi h oida esa faqat chapdagi birinchi n u q ta g a ikki t o m o n d a n k u ch t a ’sir qiladi, /V-nuqtaga esa faqat b o s h q a m assalar to m o n id a n kuch t a ’sir qiladi, u c h in c h i h oida esa qaytaruvchi k u c h f a q a t q o ‘s h n i m a s s a l a r t o m o n i d a n t a ’sir q i l a d i . S h u n d a y soddalashtirilgan hoi u c h u n h a m u m u m i y y e c h im n i to p ish qiyin, biz yug u ru v c h i t o ‘lqin deyiladigan y e c h im la r n i o 'r g a n a m iz . 4.6 .1 . Chegaraviy massalar biriktirilgan hoi Bu h o id a h arakat ten g lam alari quyid ag ich a k o 'rin is h g a ega bo'ladi: mx, = - k x ] ~ k ( л-, - л2 ); (4.154) mx2 = k ( x ] - x - , ) - k ( x 2 - x 3)\ (4.155) п щ = к (лч - x 3 ) - k ( x 3 - x 4 ); (4.156) i = : !; (4.157) mxN = k ( x N_x- x s ) - k x y . (4.158) Agar ло = лл '+1 = 0 (4.159) s h a rt kiritilsa b u te n g l a m a l a r n i u m u m i y k o 'r in i s h g a keltirib olish m um kin: mxn = k ( 2 x n - x n_y -лп+|) = 0 , и = ]. 2, . . . . N. (4.160) B u sistem aning xususiy yechim ini norm al koordinatalarga o 'tib quyidagi k o 'r in i s h d a izlanadi: лн = Аиеш = . (4.1 61) Bu yerda n u q ta n in g t o ‘lqin fazasi. M asalaning sim m etriyasidan kelib chiqadiki, h a m m a m assalarning teb ra n ish am plitudasi b ir xil bo'lishi kerak: a, = a = ■ ■ ■ = a v = a. (4.162) Фп i = (P belgilab (bu h a m m a s a la n in g sim m e triy a sid an kelib chiqadi, ixtiyoriy ikkita q o 'sh n i inassa orasidagi faza farqi bir xil bo'lishi kerak) (4.160) t e n g la m a d a n darhol © 2 = - s i n - ’ ? (4.163) m 2 tenglik olinadi. (4.159) chegaraviy shartlarni qoniqtirish u c h u n quyi dagicha m u lo h a z a yuritaylik. S istem ada teb ra n ish la r o 'z a ro t a ’sir n a ti jasida bir n u q ta d a n ikkinchisiga uzatililm oqda. Bu degani, sistem ada tebra n ish la r to 'lq in i tarqalayapti. Bu 4 .1 4 -ra sm d a ko'rsatilgan. 4.14- rasm. Zanjir bo'yicha tarqalayotgan t o ‘lqin. Bu ra sm d a m assaning o 'z in in g m u v o z a n a t holatidan o 'n g to m o n g a siljishini m usbat, ch a p to m o n g a siljishini esa m anfiy am plitu d a g a m os keltirsak p u n k tir bilan ko'rsatilgan to 'lq in n i olamiz. D e m a k , zanjirdagi m a ss a la rn in g te b ra n is h la ri ja ra y o n in i zanjir b o 'y ic h a to 'l q i n n i n g tarqalishi deb qarash m u m k in ekan. S h u nuqtayi n a z a rd a n (4.159) s h a rtla r bu n u q t a l a t d a q a r a m a - q a r s h i am p litu d a li (faza farqi к b o 'lg a n ) ikkita t o 'l q i n n i n g u c h r a sh ib b ir-birini s o 'n - dirishiga m os keladi. Yuqoridagi xususiy y e c h im (4.161) larning super- p o z its iy a s id a n f o y d a la n ib s h u n d a y u m u m i y y e c h im to p a y lik k i, u (4 .1 5 9 ) c h e g a r a v iy s h a r tl a r g a b o 'y s u n s i n . S h u l a r n i h i so b g a olib t e b r a n i s h a m p l i t u d a s i n i ikki t o ' l q i n s u p e r p o z its iy a s i k o 'r i n i s h i d a olam iz: x „ = a e ,(a,!",p+ b e ' (”'--'Hp. (4.164) x ()= 0 sharti a = —b ni beradi: xn = 2icie,0>' sin (nq>). (4.165) 113 -v,v+i = 0 sharti esa sin ((/V + 1 )^ ) = 0 yoki I k 4>n - / = 1 , 2 , 3 , . . . , ^ (4.166) N + \ ekanligi k o ‘rsatadi. (p b u tu n son / = 1 , 2 , 3 , . . .,iVga bo g 'liq b o 'lib qolgani u c h u n u (4.167) deb belgilanadi. S h u bilan sistem ada N ta n o rm a l te b ra n ish la r b o r ekanligiga ish o n c h hosil qildik: 2 4 к -у (Pi 4k . ^ Ik co, = — s i n " — = — s i n ” ~ — :• / = 1.2.3..... N . (4.168) m 2 m N + 1 N o r m a l k o o rd in a ta la rg a ;V ,----------- (4.169) /V I ы fo rm u la orqali o 't i s h m u m k in . Uzliksiz muhitga o ‘tish Y u q o rid a g i m isol diskret n u q ta l a r sistem asiga tegishli edi. A g a r uzliksiz m u h itg a o 't m o q c h i bo'linsa, quyidagicha m u lo h a z a yuritishim iz kekar. O 's h a N ta n u q ta la r sisteinasi ishg'ol qilgan u z u n lik L bo'isin. U n d a h a r ikki m o d d iy n u q t a orasidagi m asofa a = L / N ga te n g bo'Iadi. Uzliksiz m u h itg a o 'tis h u c h u n N a 0 lim itga o 't i s h kerak, a m m o b u n d a Na = L o 'z g a r m a s d a n qolishi kerak. S h u n d a n keyin x k o o r d in a ta li n u q t a n i n g t vaq t m o m e n t i d a o 'z m u v o z a n a t h o l i d a n siljishini и (t, x ) deb belgilaylik. Y uqoridagi fo rm u la la r b ila n b o g 'la n is h u c h u n x k o o rd in a ta li m o d d iy n u q ta n in g siljish a m p litu d a s in i w. (t) deb olinadi. S h u n d a miin + к (2 ч И - - иц+{) = 0 (4 . 1 70) d e b y o z i b o lis h m u m k i n . H o s i l a n i n g c h e k li a p p r o x i m a t s i y a s i n i eslaylik: du u„ r)2u __ un+l - 2ur + m„_, Эх Ax Эх 2 Ax' 114 U n d a n tashqari, chiziqli zichlik p = m l Ax va ipning tarangligi к = T I Ax ga o ‘tylik. Bu belgilashlar q o ‘llanilsa (4.170) te n g la m a uzliksiz lim itda ( N - > ° ° Ax=x n - > 0 ) ^ - c 2 ^ = 0, f = (4.171) 3 r dx teng lam ag a o ’tadi. Bu ten g lam an in g n om i to ‘lqin tenglamasi, un in g yechim lari x o ‘qining m usbat va m anfiy y o ‘nalishlarida с tezlik bilan tarqalayotgan toMqinlarni beradi. 4 .6 .2 . Chegaraviy massalarning bittasi biriktirilgan A w a lg i h o ld a n farq chegaraviy s h a rtd a — m a h k a m biriktirilgan ch a p nuqtaga m os keluvchi shart o ‘z joyida qoladi: xq — 0 , (4.172) o 'n g chegaradagi m assaning k o ordinata si u c h u n esa лл, =.v,v+| (4.173) shaitni olish k e r a k .1 H arakat tenglam alari sistemasi h am o ‘z joyida qoladi: тхп+к( 2хи- х п^ - х 11+1) = 0, rt = \,2 (4.174) shunga k o ‘ra — ch a sto ta la r ham: i 4 к ,10 ю 2 = — s m - ^ . (4.175) m 2 Y u q o rid a keltirilgan chegaraviy sh artlarni hisobga olib tekshirib k o ‘rish m u m k in k i, bu te n g la m a la r (4.152) potensiai energiyaga t o ‘g ‘ri keladi. B u sistem aning xususiy y echim lari a w a l topilgan edi: X„ = V ‘* = fl(y ( 4 . 1 7 6 ) x 0 n u q ta g a tegishli b o ‘lgan y u q o rid a g i m u lo h a z a la rn i qaytarib shu nu q tadagi chegaraviy shartni q a n o a tla n tira d ig a n y ec him olinadi: 1 Matematik fizika kursidan ma'lumki, tebranayotgan tor yoki sterjenlarning erkin uchiga 3 u/'dx = 0 shartni qo'yishimiz kerak, bu yerda и - tebranish amplitudasi, x - koordinata. Diskret hoida bu shartni (mv+|—wv ) / д х = 0 yoki mv+i — u v = 0 bilan almashtirishimiz kerak. Bizning hoida tebranish amplitudasi л'„ = 2iaetu>> sin ( n(p). (4.177) Y ana t u r g 'u n to 'l q i n olindi. Ik k in ch i chegaraviy shartga kelaylik. U n i quyidagi k o 'rin ish g a keltiriladi: C h a s to ta n in g birinchisi ikkala m assaning b i r b u t u n m assa sifatidagi tebra n ish ig a t o ‘g ‘ri keladi (ikkala m assan in g orasidagi m asofa o 'z g a r- m aydi), ikkinchisi — ikkala m assaning bir-biriga q a r a m a -q a rs h i h a r a - katiga mos keladi. Bu hoi 4 . 14-rasm dagi d) h o lg a t o 'g 'r i keladi. Biz bu sis te m a n in g faqat h a m m a m assalar yo tg an c h iz iq b o 'y i c h a t e b ra n is h la rin i k o 'r - m o q c h i m iz . M a ’lum ki, s is te m a n in g ilg a rila n m a h a r a k a tin i c h iq a r ib t a s h la s h k e r a k ( m o l e k u l a l a r n i n g t e b r a n i s h l a r i n i n g m u h o k a m a s i n i eslang). B u n in g u c h u n inersiya m arka zi q o 'z g 'o l m a s d a n tu rib d i deb olish kerak: sm ((/V + 1)ф) —sin (A '(p) = = 2 cos Bu te n g la m a n in g yechim i 2 / - I 7Г, / = — . N . 2 N + \ (4.179) ( s i n ^ = 0 t e n g la m a n in g y ec him i s h u n in g ichida ekanligini k o 'rsa tin g .) D e m a k , siste m ad a N ta h ar xil ch a s to ta la r b o r ekan: я . / = !. 2. - • .V (4.180) 4 .6 .3 . Chegaraviy massalar erkin bo‘lgan hoi ,V .V N К (4.182) I- 116 t e n g l i k X x' =xi + xi + '''+ xn = 0 (4.183) /V sh artn i beradi. A w a lg i m isollardagi chegaraviy sh artlarn in g o ‘rnini m a n a shu shart bosadi. T e branishlar tenglam asi yan a o ‘sha: mxn+ k ( 2.t( 1 ) = 0, n = 2Д ..,Л 7 -1. (4.184) indeks n endi 0 va N+ \ qiym atlarni qabul qilmaydi, chegaraviy shart esa (4.183). T e n g la m a n in g yechim i V - 4 „""P £ (4.185) k o 'rin ish d a izlanadi: ( 2 щ - ю 2) е ^ = + e l[" '],e). (4.186) Y ana o ‘sha (4.163) form ulaga keldik: со 2 =4co0: sin 2 (4.187) E ndi (4.183) ni ishlataylik, b u n in g u c h u n g eo m etrik progressiyadan foydalanish kerak; .V, +- x2 +--- + xN = A eiax (e''* + e i2* + - + e iNv = A e“a (l - e'N = 0. (4.188) 1 - е ' И I B u tenglik bajarilishi uch u n N(p = 2 ln (4.189) b o 'lishi kerak, bu y erd a / - b u tu n son. Bu degani — ikki q o 's h n i n u q t a o'rtasidagi fazalar farqi — N — 1 ta h a r xil qiym at qabul qila oladi; >,= — /, / = 1, 2,3,. ... /V - 1. ( 4 . 1 9 0 ) D e m a k , 31 - r a s m d a k o 'r s a t ilg a n h o ld a g i N ta n u q ta v iy m a s sa la r sistem asida N — 1 ta n o r m a l tebra n ish la r b o r ek a n (yana qaytaram iz, t o 'g 'r i c h iziqda n ch iqadiga n teb ra n ish la r hisobga olinm adi): 117 со ,2 = 4co 2 sin 2 — . / = 1,2,3....../V -l. (4.191) N M a s a la n , siste m a ikkita m o d d iy n u q t a d a n iborat b o ‘lsin: N =2. Bu h o ld a siste m a d a faqatg in a b itta teb ra n ish bor: co= 2 coir Agar sistem a u c h t a z a rra d a n iborat b o 'lsa N = 3 , sis te m a d a ikkita n o rm a l te b ra n ish la r bor: со, = 7 з СЦ), co; = 2 co0. 4 .6 .4 . Elektr zanjirlar 4 . 15-rasm da k o ‘rsatilgan elektrik zanjirning bir u ch ig a U = U(poy,yt k u ch lan ish b e rilm o q d a . ( R a s m d a induktivlikni odatdagi L n in g o 'r n ig a Lagranj funksiyasi bilan a d a sh tirm a slik u c h u n A xarfi bilan belgiladik.) Zanjirdagi te b ra n ish la r yug u ru v c h i to 'l q i n k o 'rim sh ig a ega b o 'lishi u c h u n (b u n d a n , h ar bir keyingi k o n d e n s a to r С dagi kuchlanish a w a l d a - gisidan faqat o 'z in i n g fazasi bilan farq qiladi degani) u n in g ikkinchi uchiga ulanilgan k o m p lek s qarshilik Z(y) q a n d a y bo'lishi kerak? cr ' ' 1 Z 4.15- rasm. Elektr zanjir. Z a ry a d n i q deb belgilaylik. U n d a elektr toki / = — = q b o'Iadi. dt E lektr za njirda k o n d e n s a t o r С dagi potensial tushishi q / C ga teng, dl induktivlik Л dagi p o ten sial tushishi = bo'Iadi. Agar za njirda faqat С va A b o 'ls a K irx g o f qoidasi b o 'y i c h a quyidagi t e n g la m a hosil bo'Iadi: Download 132.13 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling