由能量守恒定律 c ρdx du=dQ =[q(x,t)-q(x+dx,t)]dt =-qx(x,t)dxdt
于是有 c ρut = -qx 由热传导定律 q(x,t) = -k ux(x,t) 代入前面的式子,得到 c ρut = k uxx ut = a2 uxx
a2 = k/(cρ)
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于是有
T2 =T1=T ρuttdx=T[ux(x+dx,t)-ux(x,t)]
化简后得到
ρutt = T uxx utt = a2 uxx
uxxdx
a2 = T/ρ
6
波动方程
推广1
情况:受迫振动(考虑重力或外力)
分析:设单位长度所受到的横向外力 F(x,t),则dx段的受力为Fdx
方程:ρutt = T问题:扩散问题中研究的是浓度u在空间的分布和在时间中的 变化。 分析:扩散现象遵循扩散定律,即q= - D▽ u,q是扩散流强 度,D是扩散系数,▽u是浓度梯度。对于三维扩散问题, 考察单位时间内小体积元dxdydz的净流入量。
z
dz
y
dy
dx
x
o
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9
扩散方程
在x,y,z方向上,单位时间内净流入量为
分析:设弦平衡时沿x轴,考虑 弦上从x到x+dx的一段,其质 量为ρdx。设弦的横振动位移 为u(x,t),则
α1
B
A
α2
C
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由牛顿第二定律
ρdxutt=T2sinα2- T1sinα1 0 = T2 cosα2- T1 cosα1
微振动条件
cosα1 = cosα2= 1 sinα1 = tanα1 = ux(x,t) sinα2= tanα2 = ux(x+dx,t)