Energy balance of two synchronized self-excited pendulums with different masses.

Abstract

We consider the synchronization of two self-excited pendulums with different masses. We show that such pendulums hanging on the same beam can show almost-complete (in-phase) and almost-antiphase synchronizations in which the difference of the pendulums displacements is small. Our approximate analytical analysis allows one to derive the synchronization conditions and explains the observed types of synchronizations as well as gives an approximate formula for amplitudes of both the pendulums and the phase shift between them. We consider the energy balance in the system and show how the energy is transferred between the pendulums via the oscillating beam allowing synchronization of the pendulums.

Artykuł prezentuje analizę zjawiska synchronizacji dwóch wahadeł samowzbudnych o różnych masach. Pokazano, że jeśli takie wahadła zostaną zawieszone na wspólnej, ruchomej podstawie, zachodzi zjawisko ich (prawie) zupełnej lub (prawie) antyfazowej synchronizacji. Analiza bilansu energetycznego układu pozwala na określenie parametrów układu w stanie synchronizacji (amplitudy drgań i przesunięcia fazowe). Analiza bilansu energetycznego wyjaśnia także mechanizm synchronizowania się ruchu wahadeł: stały przepływ strumienia energii od jednego wahadła, via wspólna ruchoma podstawa, do drugiego wahadła powoduje, że ruch układu jest okresowy, a przesunięcia fazowe pomiędzy wahadłami przyjmują stałe, charakterystyczne wartości.