Правка раздела «Решение»

emixter правка от
правка #13896 предыдущая #13895 ← раньше позже →
@@ -10,15 +10,51 @@Решение
Теперь рассмотрим одномерный случай движения точечных масс $m_{1}$ и $m_{2}$ под действием силы ковалентной связи ($k$). Смещение атомов происходит относительно их положения равновесия. Пусть масса $m_{1}$ в некоторый момент времени $t$ имеет координату $x_{1}(t)$, а масса $m_{2}$ имеет координату $x_{2}(t)$. Согласно второму закону Ньютона для первой массы:
−$$m_{1}\ddot{x}_{1}=-k(x_{1}-x_{2})$$
+$$m_{1}\ddot{x}_{1}=-k(x_{1}-x_{2}) \tag{1}$$
Для второй массы:
−$$m_{2}\ddot{x}_{2}=k(x_{1}-x_{2})$$
+$$m_{2}\ddot{x}_{2}=k(x_{1}-x_{2}) \tag{2}$$
−Введём относительную координату $\xi=x_{1}-x_{2}$. Дважды продифференцируем: $\ddot{\xi}=\ddot{x}_{1}-\ddot{x}_{2}$
+Введём относительную координату $\xi=x_{1}-x_{2}$. Дважды продифференцируем:
+
+$\ddot{\xi}=\ddot{x}_{1}-\ddot{x}_{2} \tag{3}$
+
+Сложим уравнение (1) и (2):
+
+$$m_{1}\ddot{x}_{1}+m_{2}\ddot{x}_{2}=0$$
+$$\ddot{x}_{2}=-\frac{m_{1}}{m_{2}}\ddot{x}_{1} \tag{4}$$
+
+Подставим в (3):
+
+$$\ddot{\xi}=\ddot{x}_{1}+\frac{m_{1}}{m_{2}}\ddot{x}_{1}$$
+$$\ddot{x}_{1}=\frac{m_{2}}{m_{1}+m_{2}}\cdot \ddot{\xi} \tag{5}$$
+
+Используя (4), получим:
+
+$$\ddot{x}_{2}=-\frac{m_{1}}{m_{1}+m_{2}}\cdot \ddot{\xi} \tag{6}$$
+
+Теперь вычтем из (1) уравнения (2) уравнение:
+
+$$m_{1}\ddot{x}_{1}-m_{2}\ddot{x}_{2}=-2k(x_{1}-x_{2})$$
+
+Перепишем через $\xi$:
+
+$$m_{1}\frac{m_{2}}{m_{1}+m_{2}}\cdot \ddot{\xi}+m_{2}\frac{m_{1}}{m_{1}+m_{2}}\cdot \ddot{\xi}=-2k\xi $$
+
+Сокращая на 2, получим:
+
+$$\frac{m_{1}m_{2}}{m_{1}+m_{2}}\cdot \ddot{\xi}=-k\xi $$
+
+Введём обозначение $\mu=\frac{m_{1}m_{2}}{m_{1}+m_{2}}$ - это приведённая масса. Тогда дифференциальное уравнение перепишем в таком виде:
+
+$$\ddot{\xi}+\frac{k}{\mu}\xi=0 \tag{7}$$
+
+Это уравнение гармонического осциллятора с циклической частотой:
+
+$$\omega=\sqrt{\frac{k}{\mu}} \tag{8}$$
#### Ответ
$$\frac{\omega_{HD}}{\omega_{H_{2}}}=\frac{\sqrt{3}}{2}$$