Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ur_mat_1_2 att.doc
Скачиваний:
37
Добавлен:
06.09.2019
Размер:
1.15 Mб
Скачать

3.6.Колебания круглой мембраны.

Применим метод решения задачи о колебаниях прямоугольной мембраны к колебаниям круглой мембраны. Пусть мембрана в состоянии покоя занимает круг радиуса R с центром в начале координат. Введем полярные координаты r и φ:

x=rcos φ, y=rsin φ.

Выполняя замену переменных u(x,y,t)  u(r,φ,t) уравнение колебаний мембраны приводятся к виду

(131)

Граничные условие будет иметь вид

Начальные условия

Будем рассматривать только осесимметричные колебания мембраны, т.е. начальные условия не должны зависеть от угла φ. Очевидно, что в любой момент времени скорости и отклонения точек будут зависеть от угла, поэтому наша задача упрощается:

(132)

Граничные условия

Начальные условия

Будем искать решение в виде

(133)

Из краевого условия сразу находим

U(R)=0

Подставляя (133) в уравнение, получаем

разделим на UT

(134)

В результате приходим к уравнениям

(135)

(136)

В последнем сделаем замену :

Подставляя в наше уравнение, получаем

(137)

Получившееся уравнение является частным случаем уравнения Бесселя:

(138)

Решениями последнего уравнения при заданном k называется бесселевыми функциями порядка k (цилиндрическими функциями).

Найдем решение уравнения (138). Очевидно, что оно имеет особую точку при x=0, поэтому его решение будем искать в виде степенного ряда. Для этого преобразуем его к виду:

(139)

Записываем ряд:

(140)

Подставляя (140) в (139) и приравнивая коэффициенты при каждой степени x нулю, получим систему уравнений

(141)

Где l=2,3…

Предполагая, что , находим

Из второго уравнения (141) находим, что =0. преобразуем l-е уравнение в системе (141).

(142)

Отсюда получаем рекуррентную формулу:

(143)

С учетом найденного =0 делаем вывод, что все нечетные коэффициенты равны нулю. Очевидно, что при решение обращается в бесконечность при x=0. будем рассматривать случай . В результате, для четных коэффициентов получаем

(144)

Применяя эту формулу m-1 раз, получим

(145)

Полагая,

Получаем

(146)

В результате, полученное решение называется функцией Бесселя первого рода k-ого порядка и имеет вид:

(147)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]