論文題目：半無(wú)限長(zhǎng)弦振動(dòng)求解1

論文題目

：半無(wú)限長(zhǎng)弦振動(dòng)的求解學(xué)院2009級(jí)電氣信息工程學(xué)院專業(yè)物理學(xué)屆別2009學(xué)生姓名楊昌敏學(xué)號(hào)20090840526指導(dǎo)教師劉涵哲

論文的大體內(nèi)容前言達(dá)朗貝爾公式用MATLAB求解時(shí)所用到的函數(shù)

無(wú)限長(zhǎng)的弦的自由振動(dòng)半無(wú)限長(zhǎng)弦振動(dòng)達(dá)朗貝爾公式達(dá)朗貝爾公式：達(dá)朗貝爾公式的適用范圍：波動(dòng)方程為：沒(méi)有邊界條件，有初始條件；初始位移為：u|t=0=φ(x),初始速度為ut|t=0=ψ(x)。

用MATLAB時(shí)所用的的函數(shù)

1.plot函數(shù)調(diào)用格式：plot(y),plot(x,y),plot(x1,y1,x2,y2……)

2.axis:坐標(biāo)控制3.set:使用set命令可以改變刻度值4.Linspace:利用linspace函數(shù)創(chuàng)建向量.一維的弦振動(dòng)方程的解析解及MATLAB求解無(wú)限長(zhǎng)的弦的自由振動(dòng)

例題1：定解問(wèn)題utt-a*auxx=0(-∞<x<∞)

u（x,t=0）=sinTπl(wèi)x=φ(x)

ut(x,t=0)=0

由達(dá)朗貝爾公式求得：u（x,t=0）=sinTπl(wèi)xcosTπl(wèi)(at)，用軟件MATLAB進(jìn)行求解得的圖像按時(shí)間先后得到圖形如下所示：結(jié)論：由常規(guī)求解得到的波形為sinTπl(wèi)xcosTπl(wèi)（at)，在(3l7≤x≤4l7)的波形sinTπl(wèi)x向x軸的負(fù)方向傳播及在(3l7≤x≤4l7)的波形sinTπl(wèi)x向x軸的正方向傳播；在MATLAB上進(jìn)行求解所得圖像與之符合，兩例波所通過(guò)的地區(qū)振動(dòng)消失而弦靜止在原平衡位置.例題2：定解問(wèn)題：utt-a*auxx=0(-∞<x<∞)

u（x,t=0）=φ(x)=0

ut(x,t=0)=ψ(x)=1由達(dá)朗貝爾公式求得：表示的波形向左和向右以a的速度移動(dòng).波也通過(guò)的地區(qū),振動(dòng)消失但偏離了原平衡位置，用軟件MATLAB進(jìn)行求解的圖像.按時(shí)間先后得到圖形如下所示：結(jié)論：用MATLAB求解得到的結(jié)果與常規(guī)求解所得結(jié)果一致，波也通過(guò)的地區(qū),振動(dòng)消失但偏離了原平衡位置.用端點(diǎn)反射來(lái)解決半無(wú)限長(zhǎng)弦振動(dòng)問(wèn)題例題1:半無(wú)限長(zhǎng)弦振動(dòng)的初始位移和初始速度都為零，端點(diǎn)做很小的振動(dòng)；u|x=0=Asin(wt)，求該弦的振動(dòng)。

解：設(shè)u(x,t)表示t時(shí)刻x處的位移定解問(wèn)題:utt-a*auxx=0(0<x<∞)

u（x,t=0）=φ(x)=0

ut(x,t=0)=0

u(x=0,t)=Asinwtⅰ.當(dāng)x>at,則端點(diǎn)的影響未傳到由達(dá)朗貝爾公式得u(x,t)=0ii當(dāng)x<at，考慮到端點(diǎn)的影響，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行延拓，設(shè)t=0時(shí)刻,Φ(x)=0(x≥0);Φ(x)=φ(x)(x<0)Ψ(x)=0(x≥0);Ψ(x)=ψ(x)(x<0)代入達(dá)朗貝爾公式并且滿足邊界條件，假設(shè)ψ(x)=0時(shí)，則φ(x)=2Asin（-wx/a）.得到的解為u（x,t）=Asinw（t-x/a），結(jié)論：在沒(méi)有端點(diǎn)x=0影響下得到的波形是為零,然而隨著時(shí)間的改變,被端點(diǎn)反射的波影響的部分的波形為u（x,t）=Asinw（t-x/a）.例題2.求解無(wú)限長(zhǎng)理想傳輸線上電報(bào)方程的解，端點(diǎn)通過(guò)電阻R而相接。初始電壓分布Acoskx,初始電流分布Acoskx,在什么條件下端點(diǎn)沒(méi)有反射（這種情況叫做匹配）解：設(shè)v(x,t)為t時(shí)刻x,處的電壓j(x,t)為t時(shí)刻x,處的電流定解問(wèn)題：電壓vtt-a*avxx=0

x<0

v(x,t=0)=Acoskx=φ(x)

Vt(x,t=0)==ψ(x)

電流jtt-a*ajxx=0

j(x,t=0)=

Acoskx=φ(x)

jt(x,t=0)==ψ(x)(1).︱x︱﹥at,認(rèn)為端點(diǎn)的影響不能傳到，由達(dá)朗貝爾公式求解得：

v（x,t）=Acosk(x-at)

j（x,t）=Acosk(x-at)

(2).︱x︱<at,考慮到端點(diǎn)的影響，令v（x,t）=Acosk(x-at)+V1(x+at)，

j（x,t）=Acosk(x-at)+j1(x+at)由jt=-vx/L，Vt=-jx/C的關(guān)系得

j1′(x+at)=-V1′(x+at)

再加上邊界條件v(x=0,t)=Rj(x=0,t),解得

由表達(dá)式可知(x+at)項(xiàng)為反射波，要使反射波不存在，則=0即=則R0稱為傳輸線的特性阻抗。結(jié)論：在沒(méi)有端點(diǎn)x=0反射波的影響的時(shí)候的電壓和電流的波形分別是v（x,t）=Acosk(x-at)和j（x,t）=Acosk(x-at)，受到端點(diǎn)的反射