В чому полягає параметричне наближення при аналізі руху нелінійних неавтономних осциляторів?

Параметричне наближення полягає в тому, що коливання неавтономного нелінійного осцилятора не впливають на режим накачування, тобто система не може сама змінити параметри деякого власного елемента. Іншими словами, розгляд зміни деякого параметра в системі, яка не залежить від процесів, що безпосередньо відбуваються в системі, називається параметричним наближенням.

Назвіть основні особливості вільних коливань нелінійних осциляторів (у порівнянні з лінійними).

Присутність вищих гармонік (ангармонізм), залежність власної частоти коливань від амплітуди коливань (неізохронність).

Назвіть основні особливості вимушених коливань нелінійних осциляторів під дією гармонічної сили (в порівнянні з лінійними).

У лінійному осциляторі під дією зовнішньої гармонічної сили можуть виникати биття між вільною та вимушеною складовими коливань. У нелінійному осциляторі процес установлення коливань відбувається значно складніше. Однак, якщо амплітуда зовнішньої сили буде зростати плавно (у масштабі часу 1/δ), то в системі існуватимуть лише "суто вимушені" коливання. У лінійного консервативного осцилятора амплітуда коливань прямувала при резонансі до нескінченності. У даному випадку вона виявляється обмеженою: механізм обмеження коливань у даному разі пов'язаний з нелінійністю, а точніше, з неізохронністю системи, а власне резонанс може відбуватись не лише на головній моді але і на кратних частотах. У випадку нелінійного осцилятора проявляється ефект гістерезису.

1. Механізм обмеження коливань у даному разі пов’язаний з неізохронністю системи.

2. В основі ефекту гістерезису лежить неізохронність коливань нелінійного осцилятора. (першопричина гістерезису - наявність двох стійких станів системи {двох різних значень амплітуди коливань} при одній і тій самій частоті зовнішньої сили. Один із них фактично відповідає лінійним коливанням з малою амплітудою, інший - суттєво нелінійним коливанням з великою амплітудою, коли за рахунок неізохронності власна частота підстроюється до частоти зовнішньої сили).

3. Врахування ефектів обумовленими ангармонізмом призводить до появи резонансу не лише на частоті p ≈ ω₀, але й на частотах p ≈ ω₀/2 та p ≈ ω₀/3. У цих випадках спочатку нелінійні доданки породжують відповідну (другу або третю) гармоніку зовнішньої сили,а потім вона збуджує резонансні коливання системи.

4. Врахування наявності вільних коливань може призвести до появи резонансу на частотах

p ≈ 2ω₀ та p ≈ 3ω₀. Взаємодія власних коливань з частотою ω0 із коливаннями на частоті зовнішньої сили на нелінійності призведе до появи комбінаційних частот, одна з яких може виявитися рівною ω0. Тоді для коливань з частотою ω0 у системі з’являється позитивний зворотний зв’язок, що компенсує дисипацію, і вони можуть підтримуватись як завгодно довго.