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Der Helmholtz-Oszillator

  Eine Klasse von Systemen, die ebenfalls einfache Kurzzeitdynamik aufweisen, sind die nichtlinearen, gedämpften und sinusförmig angetriebenen Potentialschwinger. Die niedrigste, nichtlineare Näherung ist dabei durch den Helmholtz-Oszillator

 

gegeben. Dabei bedeuten: : Stärke der linearen Reibung, : Parameter, die die Potentialform bestimmen, K: Amplitude des harmonischen Antriebs, : Kreisfrequenz des Antriebs und : Phasenverschiebung des Antriebs. Diese Gleichung wurde erstmals von Helmholtz [Hel70] angegeben. Das globale Verhalten dieses Schwingers ist stark verwandt mit dem des Duffing-Oszillators [Duf18].

 

Beachtenswert ist, daß das Potential für fallende Werte von x schnell nach strebt. Dadurch kann es vorkommen, daß\ für bestimmte Anfangsbedingungen oder Kontrollparameter-Werte die Lösung von (1.2) nicht beschränkt bleibt. Eine zutreffende Beschreibung realer Phänomene durch Gleichung (1.2) ist also nur für nicht zu große Amplitudenwerte zu erwarten.

 

Das Verhalten des Helmholtz-Oszillators wurde in [Bun87] genauer mit numerischen und störungstheoretischen Methoden untersucht. In Abb. (1.4 rechts) ist ein Phasenraumporträt des Helmholtz-Oszillators im chaotischen Bereich und in Abb. (1.5) das Bifurkationsdiagramm für die x-Werte angegeben, welches man erhält, wenn man die Amplitude des Antriebs K im Bereich variiert. Dabei wurden für jeden K-Wert 200 Oszillationen des Antriebs abgewartet, um das Einschwingverhalten auszublenden; bei den nächsten 200 Oszillationen wurde jedesmal der x-Wert beim Antriebsmaximum eingezeichnet.



Werner Eberl
Fri Apr 14 00:36:50 MET DST 1995