自由振動與受迫振動的區別

在我們日常生活中，會遇到各種各樣的物體運動。在物理學領域，物體在一段時間內從一個位置移動到另一個位置被稱為平移運動。

例如，空中飛行的飛機、運動中的火車或運動中的球，這些都是平移運動的例子。然後是振盪運動，其中物體重複相同的動作。時鐘、音叉、鞦韆等的運動都是振盪運動的例子。透過考慮振盪和波的作用，可以解釋許多日常現象。

如果系統在初始激勵後，僅在其內部力的作用下繼續振盪，而沒有任何外部力的作用，則我們說這些振盪是自由的。然而，如果來自系統外部的力使系統保持振盪狀態，則稱這些振盪為受迫振盪。

這裡作用的外部力被稱為“驅動力”。因此，當物體不受任何外力作用而振盪時，則稱其執行自由振動，但當自由振盪系統受到外力作用時，它就開始產生受迫振動（或振盪）。讓我們比較和對比自由振盪和受迫振盪，並瞭解它們的區別。

自由振盪

以音叉為例。音叉有一個預定的頻率，當敲擊時會以該頻率振動。這裡的音叉充當自由振盪器，其以自然頻率振動表明它處於自由振盪狀態。因此，自由振盪器是可以不受外部來源干擾，以其自身自然頻率振盪的振盪器。

如果系統在初始激勵後，在沒有施加任何外力的前提下，受其自身內部力的作用而振盪，則這些振盪是自由的。對於該物體，這種情況被稱為“自由振盪”。

在沒有驅動力的情況下，自由振盪器將保持恆定的振幅和週期。在一個理想的世界裡，自由振盪器不會受到阻尼的影響，除非對其自由振盪施加某種阻力。

受迫振盪

以鞦韆為例。只需輕輕一推，鞦韆就會成為一個自由振盪器，不受任何外部刺激的影響，以其自身的自然頻率振盪。但是，它最終會停止擺動。但是，如果你在鞦韆減速或到達特定點時推動它，它就會表現為受迫振盪器，並繼續擺動，因為它正在受到外力的作用。因此，物體屈服於外力，並以與力相同的振幅和頻率振盪。當這種情況發生時，產生的振盪稱為受迫振盪。

在技術術語中，受迫振盪是指物體在週期性力的作用下振盪，但頻率與其自然頻率不同。

區別：自由振盪與受迫振盪

下表突出了自由振盪和受迫振盪之間的主要區別 -

結論

自由振盪和受迫振盪是兩種不同型別的振盪，發生在不同的場景中。自由振盪發生在物體在沒有任何外力的情況下開始運動時，並且運動在沒有任何外部輸入的情況下繼續。受迫振盪發生在外力持續作用於物體時，導致它以特定頻率振動。

瞭解這兩種振盪之間的區別在各個領域都很重要，包括工程學、物理學和力學。

Vineet Nanda

更新於： 2023年4月18日

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