exercise13:problem6.9、6.12

一、摘要

本次作业跟着计算物理书本的脚步,做了三件事

(1)写了基础程序“propagate”,模拟了固定两端的弦的振动情况。

(2)进行了一端固定和两端固定的弦振动的频谱分析

(3)探究了更接近于实际情况的guitar string的振动情况,并进行了频谱分析,

二、背景介绍

波动方程的形式为

通过微元分析和一些近似计算,并运用上几次作业的二次微分方程步骤写法,我们可以得到

其中r=c△t/△x,我们去一定条件使r=1时有较好的近似情况。


三、主体

(1)两端固定弦的振动情况:初始条件是x=0.3处的高斯分布,c=300,△x=0.01m,△t=△x/c

代码:waves on a string(fixed ends)


开始
左边反射
右边反射
后来

我们的到的图像制作的动图是

(2)problem6.9:两端固定弦的频谱分析 (初始条件同上,只是一开始是在x=0.4处高斯分布)

 代码:spectrum analysis(fixed ends)


可以看到驻波频率是(单位Hz)150,300450,600,900,1050,1200,1350,1650,1800,1950,2100,2400,2550

若将右端解放,让其自由  代码:spectrum analysis(one free)


此时驻波频率变了,大概是(Hz)227,530,667,826,973,1270等

(3)problem6.12:更接近于实际情况的guitar string的振动情况

初始是不是高斯分布,而是两端斜线分布

代码:guitar string


频谱分析如下


同一开始是高斯分布的振动完全不一样,驻波频率大概是(Hz)157,440,764,1035等

四、结论

(1)一段自由的驻波频率将不同于两端固定的弦的频率,不再是mc/(2L)

(2)初始条件不是高斯分布的guitar string 的频谱将发生变化

五、致谢

1、计算物理课本

2、百度百科

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