Vibraciono i talasno kretanje. oscilatorno kretanje. Besplatne vibracije. Oscilatorni sistemi (Eryutkin E.S.)

1. Definicija oscilatornog kretanja

oscilatorno kretanje je pokret koji se ponavlja tačno ili približno u pravilnim intervalima. Posebno se izdvaja doktrina oscilatornog kretanja u fizici. To je zbog zajedničkosti zakona oscilatornog kretanja različite prirode i metoda njegovog proučavanja. Mehaničke, akustičke, elektromagnetne vibracije i talasi razmatraju se sa jedne tačke gledišta. oscilatorno kretanje zajedničko svim prirodnim pojavama. Procesi koji se ritmički ponavljaju, na primjer, otkucaji srca, kontinuirano se dešavaju unutar svakog živog organizma.

Mehaničke vibracijeOscilacije su svaki fizički proces karakteriziran ponovljivošću u vremenu.

Uzburkanost mora, njihanje klatna sata, vibracije trupa broda, otkucaji ljudskog srca, zvuk, radio-talasi, svjetlost, naizmjenične struje - sve su to vibracije.

U procesu fluktuacija, vrijednosti fizičkih veličina koje određuju stanje sistema se ponavljaju u jednakim ili nejednakim vremenskim intervalima. Fluktuacije se nazivaju periodični, ako se vrijednosti promjenjivih fizičkih veličina ponavljaju u pravilnim intervalima.

Najmanji vremenski interval T, nakon kojeg se ponavlja vrijednost fizičke veličine koja se mijenja (po veličini i smjeru, ako je ova veličina vektorska, po veličini i predznaku, ako je skalarna), naziva se period fluktuacije.

Broj potpunih oscilacija nizvršenih u jedinici vremena se naziva frekvencija fluktuacije ove veličine i označava se sa ν. Period i frekvencija oscilacija povezani su relacijom:

Bilo koja oscilacija je posljedica jednog ili drugog djelovanja na oscilirajući sistem. U zavisnosti od prirode udara koji uzrokuje oscilacije, razlikuju se sljedeće vrste periodičnih oscilacija: slobodne, prisilne, samooscilacije, parametarske.

Besplatne vibracije- to su oscilacije koje se javljaju u sistemu koji je prepušten sam sebi, nakon što se izvuče iz stanja stabilne ravnoteže (na primjer, oscilacije opterećenja na oprugi).

Prisilne vibracije- to su oscilacije uzrokovane vanjskim periodičnim utjecajima (na primjer, elektromagnetne oscilacije u TV anteni).

Mehaničkifluktuacije

Samooscilacije- slobodne oscilacije podržane vanjskim izvorom energije, čije uključivanje u pravim trenucima vremena vrši sam oscilirajući sistem (na primjer, oscilacije klatna sata).

Parametarske vibracije- to su oscilacije, tokom kojih dolazi do periodične promjene bilo kojeg parametra sistema (na primjer, zamah zamaha: čučanj u ekstremnim položajima i ispravljanje u srednjem položaju, osoba na zamahu mijenja moment inercije zamaha ).

Oscilacije koje su različite prirode pokazuju mnogo zajedničkog: pokoravaju se istim obrascima, opisuju se istim jednačinama i proučavaju se istim metodama. Ovo omogućava stvaranje jedinstvene teorije oscilacija.

Najjednostavnija od periodičnih oscilacija

su harmonijske vibracije.

Harmonične oscilacije su oscilacije u toku kojih se vrijednosti fizičkih veličina mijenjaju tokom vremena prema zakonu sinusa ili kosinusa. Većina oscilatornih procesa opisana je ovim zakonom ili se može dodati kao zbir harmonijskih oscilacija.

Druga "dinamička" definicija harmonijskih vibracija je također moguća kao proces koji se izvodi pod djelovanjem elastične ili "kvazielastične"

2. periodično Oscilacije se nazivaju oscilacije u kojima se tačno ponavljanje procesa događa u pravilnim intervalima.

Period periodična oscilacija je minimalno vrijeme nakon kojeg se sistem vraća u prvobitno stanje.

x - oscilirajuća vrijednost (na primjer, jačina struje u kolu, stanje i počinje ponavljanje procesa. Proces koji se odvija u jednom periodu oscilovanja naziva se "jedna potpuna oscilacija".

periodične oscilacije se nazivaju broj kompletnih oscilacija u jedinici vremena (1 sekunda) - ne može biti cijeli broj.

T - period oscilacije Period - vrijeme jedne potpune oscilacije.

Da biste izračunali frekvenciju v, morate podijeliti 1 sekundu s vremenom T jedne oscilacije (u sekundama) i dobiti ćete broj oscilacija u 1 sekundi ili koordinatu tačke) t - vrijeme

harmonijske oscilacije

Ovo je periodična oscilacija u kojoj se koordinate, brzina, ubrzanje, koje karakteriziraju kretanje, mijenjaju prema sinusnom ili kosinusnom zakonu.

Harmonični talasni oblik

Grafikon utvrđuje zavisnost pomaka tijela tokom vremena. Ugradite olovku na opružno klatno, iza klatna papirnu traku koja se ravnomjerno kreće. Ili natjerajmo matematičko klatno da ostavi trag. Na papiru će se pojaviti grafikon.

Graf harmonijske oscilacije je sinusni val (ili kosinusni val). Prema rasporedu oscilacija možete odrediti sve karakteristike oscilatornog kretanja.

Harmonic Wave Equation

Jednačina harmonijskih oscilacija utvrđuje ovisnost koordinata tijela o vremenu

Kosinusni graf ima maksimalnu vrijednost u početnom trenutku, a sinusni graf ima nultu vrijednost u početnom trenutku. Ako počnemo da istražujemo oscilaciju iz ravnotežnog položaja, tada će oscilacija ponoviti sinusoidu. Ako oscilaciju počnemo razmatrati s pozicije maksimalnog odstupanja, tada će oscilacija opisati kosinus. Ili se takva oscilacija može opisati sinusnom formulom sa početnom fazom.

Promjena brzine i ubrzanja tokom harmonijskih oscilacija

Ne samo da se koordinate tijela mijenjaju s vremenom prema zakonu sinusa ili kosinusa. Ali veličine kao što su sila, brzina i ubrzanje također se mijenjaju na sličan način. Sila i ubrzanje su maksimalne kada je oscilirajuće tijelo u krajnjim položajima gdje je pomak najveći, a jednaki su nuli kada tijelo prolazi kroz ravnotežni položaj. Brzina je, naprotiv, u ekstremnim položajima jednaka nuli, a kada tijelo pređe ravnotežni položaj, ono dostiže svoju maksimalnu vrijednost.

Ako je oscilacija opisana prema zakonu kosinusa

Ako je oscilacija opisana prema sinusnom zakonu

Maksimalne vrijednosti brzine i ubrzanja

Nakon analize jednadžbi zavisnosti v(t) i a(t), može se pretpostaviti da se maksimalne vrijednosti brzine i ubrzanja uzimaju kada je trigonometrijski faktor jednak 1 ili -1. Određeno formulom

Kako dobiti zavisnosti v(t) i a(t)

Oscilirajuća karakteristika

Faza određuje stanje sistema, odnosno koordinate, brzinu, ubrzanje, energiju itd.

Ciklična frekvencija karakteriše brzinu promene faze oscilovanja.

Početno stanje oscilatornog sistema karakteriše početna faza

Amplituda oscilacije A je najveći pomak iz ravnotežnog položaja

Period T- ovo je vremenski period tokom kojeg tačka vrši jednu potpunu oscilaciju.

Frekvencija oscilacije je broj kompletnih oscilacija u jedinici vremena t.

Frekvencija, ciklična frekvencija i period oscilovanja su povezani kao

Vrste vibracija

Vibracije koje se javljaju u zatvorenim sistemima nazivaju se besplatno ili vlastiti fluktuacije. vibracije koje se javljaju pod dejstvom spoljne sile, zvao prisiljen. Postoje također samooscilacije(forsirano automatski).

Ako posmatramo oscilacije prema promjenjivim karakteristikama (amplituda, frekvencija, period, itd.), onda se mogu podijeliti na harmonično, fading, raste(kao i pilasti, pravougaoni, složeni).

Tokom slobodnih vibracija u realnim sistemima uvijek dolazi do gubitaka energije. Mehanička energija se troši, na primjer, da bi se izvršio rad savladavanja sila otpora zraka. Pod utjecajem sile trenja, amplituda oscilacija se smanjuje, a nakon nekog vremena oscilacije prestaju. Očigledno je da što je veća sila otpora kretanju, to se oscilacije brže zaustavljaju.

Prisilne vibracije. Rezonancija

Prisilne oscilacije nisu prigušene. Stoga je potrebno nadoknaditi gubitke energije za svaki period oscilacije. Da biste to učinili, potrebno je djelovati na oscilirajuće tijelo s periodično promjenjivom silom. Prisilne oscilacije se izvode frekvencijom jednakom učestalosti promjene vanjske sile.

Prisilne vibracije

Amplituda prisilnih mehaničkih oscilacija dostiže najveća vrijednost u slučaju da se frekvencija pogonske sile poklapa sa frekvencijom oscilirajućeg sistema. Ovaj fenomen se zove rezonancija.

Na primjer, ako povremeno povlačite kabel u vremenu s vlastitim oscilacijama, tada ćemo primijetiti povećanje amplitude njegovih oscilacija.

Ako se mokrim prstom pomaknete duž ivice stakla, staklo će proizvoditi zvonjavu. Iako nije primjetan, prst se povremeno pomiče i prenosi energiju na staklo u kratkim rafalima, uzrokujući vibriranje stakla.

Zidovi stakla takođe počinju da vibriraju kada su usmereni na njega. zvučni talas sa frekvencijom jednakom njenoj. Ako amplituda postane vrlo velika, staklo se može čak i razbiti. Zbog rezonancije tokom pjevanja F.I. Chaliapina, kristalni privjesci lustera su zadrhtali (odjeknuli). Pojava rezonancije može se pratiti u kupatilu. Ako tiho pjevate zvukove različitih frekvencija, tada će se javiti rezonanca na jednoj od frekvencija.

U muzičkim instrumentima ulogu rezonatora obavljaju dijelovi njihovih tijela. Osoba također ima svoj rezonator - ovo je usna šupljina, koja pojačava zvukove.

Fenomen rezonancije se mora uzeti u obzir u praksi. U nekim situacijama može biti korisno, u drugim može biti štetno. Fenomen rezonancije može uzrokovati nepovratna oštećenja različitih mehaničkih sistema, kao što su nepropisno dizajnirani mostovi. Tako se 1905. godine egipatski most u Sankt Peterburgu srušio kada je kroz njega prošla konjska eskadrila, a 1940. godine srušio se most Tacoma u SAD.

Fenomen rezonancije se koristi kada je uz pomoć male sile potrebno postići veliko povećanje amplitude oscilacija. Na primjer, teški jezik velikog zvona može se zamahnuti relativno malom silom s frekvencijom jednakom prirodnoj frekvenciji zvona.

Tema ove lekcije: „Oscilatorno kretanje. Besplatne vibracije. Oscilatorni sistemi. Prvo, hajde da definišemo novu vrstu kretanja koju počinjemo da proučavamo - oscilatorno kretanje. Razmotrimo kao primjer oscilacije opružnog klatna i definiramo pojam slobodnih oscilacija. Takođe ćemo proučiti šta su oscilatorni sistemi i razgovarati o uslovima neophodnim za postojanje oscilacija.

oklijevanje - ovo je periodična promjena bilo koje fizičke veličine: temperaturne fluktuacije, fluktuacije boje semafora, itd. (Sl. 1).

Rice. 1. Primjeri vibracija

Vibracije su najčešći oblik kretanja u prirodi. Ako se dotaknemo pitanja vezanih za mehaničko kretanje, onda je ovo najčešći tip mehaničkog kretanja. Obično kažu ovako: pokret koji se u potpunosti ili djelomično ponavlja tokom vremena naziva se oklevanje. Mehaničke vibracije - ovo je periodična promjena fizičkih veličina koje karakteriziraju mehaničko kretanje: položaj tijela, brzina, ubrzanje.

Primeri vibracija: njihanje ljuljaške, mešanje lišća i ljuljanje drveća pod uticajem vetra, klatno u satu, kretanje ljudskog tela.

Rice. 2. Primjeri vibracija

Najčešći mehanički oscilatorni sistemi su:

• Teg pričvršćen za oprugu opružno klatno. Kazivanje klatna početna brzina, izvađen je iz ravnoteže. Klatno se ljulja gore-dole. Za osciliranje opružnog klatna važan je broj opruga i njihova krutost.

Rice. 3. Opružno klatno

• matematičko klatno - solidan visi na dugačkoj niti, oscilirajući u Zemljinom gravitacionom polju.

Rice. 4. Matematičko klatno

Uslovi za postojanje oscilacija

• Prisustvo oscilatornog sistema. Oscilatorni sistem je sistem u kojem mogu postojati oscilacije.

Rice. 5. Primjeri oscilatornih sistema

• Tačka stabilne ravnoteže. Oko ove tačke se dešavaju oscilacije.

Rice. 6. Balansna tačka

Postoje tri vrste ravnotežnih položaja: stabilan, nestabilan i indiferentan. Stabilan: kada sistem teži da se vrati u prvobitni položaj uz malo spoljašnjeg uticaja. Prisustvo stabilne ravnoteže je važan uslov za pojavu oscilacija u sistemu.

• Rezerve energije koje izazivaju vibracije. Uostalom, oscilacije same po sebi ne mogu nastati, moramo sistem izbaciti iz ravnoteže da bi se te oscilacije dogodile. Odnosno, da prenesemo energiju ovom sistemu, tako da se kasnije energija vibracije pretvori u kretanje koje razmatramo.

Rice. 7 Energetske rezerve

• Mala vrijednost sila trenja. Ako su te sile velike, onda ne može biti govora o fluktuacijama.

Rješenje glavnog problema mehanike u slučaju vibracija

Mehaničke oscilacije su jedna od vrsta mehaničkog kretanja. Glavni zadatak mehanike je određivanje položaja tijela u bilo kojem trenutku. Dobijamo zakon zavisnosti za mehaničke vibracije.

Pokušaćemo da pogodimo zakon koji treba pronaći, a ne matematički ga izvoditi, jer nivo znanja devetog razreda nije dovoljan za rigorozne matematičke proračune. U fizici se ova metoda često koristi. Prvo pokušavaju da predvide pravednu odluku, a onda to i dokažu.

Oscilacije su periodičan ili gotovo periodičan proces. To znači da je zakon periodična funkcija. U matematici, periodične funkcije su ili .

Zakon neće biti rješenje glavnog problema mehanike, jer se radi o bezdimenzionalnoj veličini, a mjerne jedinice su metri. Popravimo formulu dodavanjem množitelja ispred sinusa koji odgovara maksimalnom odstupanju od ravnotežnog položaja - amplitudna vrijednost: . Imajte na umu da su vremenske jedinice sekunde. Razmislite šta to znači, na primjer,? Ovaj izraz nema smisla. Izraz ispod sinusa mora se mjeriti u stepenima ili radijanima. U radijanima se takva fizička veličina mjeri kao faza oscilacije - proizvod ciklične frekvencije i vremena.

Slobodne harmonijske oscilacije su opisane zakonom:

Koristeći ovu jednačinu, možete pronaći položaj tijela koje oscilira u bilo kojem trenutku.

Energija i balans

Prilikom istraživanja mehaničkih vibracija, poseban interes treba posvetiti konceptu ravnotežnog položaja – neophodnog uslova za prisustvo vibracija.

Postoje tri vrste ravnotežnih položaja: stabilan, nestabilan i indiferentan.

Slika 8 prikazuje kuglu koja se nalazi u sfernom koritu. Ako se lopta izvadi iz ravnoteže, na nju će djelovati sljedeće sile: gravitacija, usmjerena okomito naniže, sila reakcije oslonca, usmjerena okomito na tangentu duž poluprečnika. Vektorski zbir ove dvije sile bit će rezultanta, koja je usmjerena nazad u ravnotežni položaj. Odnosno, lopta će težiti da se vrati u svoj ravnotežni položaj. Ovo stanje ravnoteže naziva se održivo.

Rice. 8. Stabilna ravnoteža

Stavimo lopticu na konveksni sferni žleb i izvučemo je malo iz ravnotežnog položaja (slika 9). Sila gravitacije je i dalje usmjerena okomito prema dolje, sila reakcije oslonca je i dalje okomita na tangentu. Ali sada je rezultujuća sila usmjerena u smjeru suprotnom od početnog položaja tijela. Lopta će težiti da se kotrlja. Ovo stanje ravnoteže naziva se nestabilno.

Rice. 9. Nestabilna ravnoteža

Na slici 10 lopta se nalazi u horizontalnoj ravni. Rezultanta dviju sila u bilo kojoj tački na ravni će biti ista. Ovo stanje ravnoteže naziva se indiferentan.

Rice. 10. Ravnodušna ravnoteža

U stabilnoj i nestabilnoj ravnoteži, lopta teži da zauzme poziciju u kojoj se nalazi potencijalna energija će biti minimalna.

Svaki mehanički sistem teži da spontano zauzme poziciju u kojoj će njegova potencijalna energija biti minimalna. Na primjer, ugodnije nam je ležati nego stajati.

Dakle, potrebno je uslov postojanja fluktuacija dopuniti činjenicom da ravnoteža mora nužno biti stabilna.

Ako je datom klatnu, oscilatornom sistemu data energija, tada će se oscilacije nastale takvim djelovanjem zvati besplatno. Češća definicija: vibracije se nazivaju slobodnim, koji se javljaju samo pod radnjom unutrašnje sile sistemi.

Slobodne oscilacije se nazivaju i prirodne oscilacije datog oscilatornog sistema, datog klatna. Slobodne vibracije su prigušene. One prije ili kasnije nestaju, kako djeluje sila trenja. U ovom slučaju, iako je mala vrijednost, nije nula. Ako nikakva dodatna sila ne prisili tijelo da se kreće, oscilacije prestaju.

Jednadžba brzine i ubrzanja u odnosu na vrijeme

Da bismo razumjeli da li se brzina i ubrzanje mijenjaju tokom oscilacija, okrenimo se matematičkom klatnu.

Klatno se izvlači iz ravnoteže i počinje da oscilira. AT ekstremne tačke fluktuacija, brzina mijenja svoj smjer, a u tački ravnoteže brzina je maksimalna. Ako se brzina promijeni, tijelo ima ubrzanje. Hoće li takvo kretanje biti jednoliko ubrzano? Naravno da ne, jer kako se brzina povećava (smanjuje), mijenja se i njen smjer. To znači da će se i ubrzanje promijeniti. Naš zadatak je da dobijemo zakone prema kojima će se projekcija brzine i projekcija ubrzanja mijenjati s vremenom.

Koordinata se mijenja tokom vremena prema harmonijskom zakonu, prema zakonu sinusa ili kosinusa. Logično je pretpostaviti da će se i brzina i ubrzanje mijenjati prema harmonijskom zakonu.

Zakon o promeni koordinata:

Zakon prema kojem će se projekcija brzine mijenjati s vremenom:

Ovaj zakon je također harmoničan, ali ako se koordinata mijenja s vremenom po sinusnom zakonu, onda je projekcija brzine - po kosinusnom zakonu. Koordinata u ravnotežnom položaju je nula, dok je brzina u ravnotežnom položaju maksimalna. Obrnuto, gdje je koordinata maksimalna, brzina je nula.

Zakon prema kojem će se projekcija ubrzanja mijenjati s vremenom:

Znak minus se pojavljuje jer kada se koordinata poveća, sila vraćanja je usmjerena u suprotnom smjeru. Prema drugom Newtonovom zakonu, ubrzanje je usmjereno u istom smjeru kao i rezultujuća sila. Dakle, ako koordinata raste, ubrzanje raste u apsolutnoj vrijednosti, ali suprotno u smjeru, i obrnuto, što je označeno znakom minus u jednadžbi.

Bibliografija

1. Kikoin A.K. O zakonu oscilatornog kretanja // Kvant. - 1983. - br. 9. - S. 30-31.
2. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika: udžbenik. za 9 ćelija. avg. škola - M.: Prosvjeta, 1992. - 191 str.
3. Chernoutsan A.I. Harmonične vibracije - obične i nevjerovatne // Kvant. - 1991. - br. 9. - S. 36-38.
4. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: priručnik sa primjerima rješavanja problema. - 2. izdanje, redistribucija. - X.: Vesta: izdavačka kuća "Ranok", 2005. - 464 str.

1. Internet portal "youtube.com" ()
2. Internet portal "eduspb.com" ()
3. Internet portal "physics.ru" ()
4. Internet portal "its-physics.org" ()

Zadaća

1. Šta je slobodna vibracija? Navedite neke primjere takvih fluktuacija.
2. Izračunaj frekvenciju slobodnih oscilacija klatna ako je dužina njegovog konca 2 m. Odredi koliko će trajati 5 oscilacija takvog klatna.
3. Koliki je period slobodnih oscilacija opružnog klatna ako je krutost opruge 50 N/m, a masa tereta 100 g?

Postoji različite vrste oscilacije u fizici, koje karakterišu određeni parametri. Razmotrite njihove glavne razlike, klasifikaciju prema različitim faktorima.

Osnovne definicije

Pod oscilacijom se podrazumijeva proces u kojem, u pravilnim intervalima, glavne karakteristike kretanja imaju iste vrijednosti.

Takve oscilacije se nazivaju periodičnim, u kojima se vrijednosti osnovnih veličina ponavljaju u pravilnim intervalima (period oscilacija).

Vrste oscilatornih procesa

Razmotrimo glavne vrste oscilacija koje postoje u fundamentalnoj fizici.

Slobodne vibracije su one koje se javljaju u sistemu koji nije podvrgnut vanjskim varijabilnim utjecajima nakon početnog udara.

Primjer slobodnih oscilacija je matematičko klatno.

One vrste mehaničkih vibracija koje se javljaju u sistemu pod dejstvom spoljne promenljive sile.

Karakteristike klasifikacije

By fizičke prirode razlikuju sljedeće vrste oscilatornih kretanja:

• mehanički;
• termalni;
• elektromagnetski;
• mješovito.

Po opciji interakcije sa okolinom

Vrste vibracija po interakciji sa okruženje razlikuju nekoliko grupa.

Prisilne oscilacije se javljaju u sistemu pod dejstvom spoljašnjeg periodičnog dejstva. Kao primjere ove vrste oscilacija možemo uzeti u obzir kretanje ruku, lišće na drveću.

Za prisilne harmonijske oscilacije može se pojaviti rezonancija u kojoj je at jednake vrijednosti frekvencija vanjskog djelovanja i oscilatora s naglim povećanjem amplitude.

Prirodne vibracije u sistemu pod uticajem unutrašnjih sila nakon njegovog izvođenja iz ravnoteže. Najjednostavnija varijanta slobodnih vibracija je kretanje tereta koji je okačen na navoj ili pričvršćen za oprugu.

Autooscilacije se nazivaju tipovi u kojima sistem ima određenu marginu potencijalna energija praviti oscilacije. žig njihova je činjenica da se amplituda karakteriše svojstvima samog sistema, a ne početnim uslovima.

Za slučajne oscilacije, vanjsko opterećenje ima slučajnu vrijednost.

Osnovni parametri oscilatornih kretanja

Sve vrste oscilacija imaju određene karakteristike, koje treba posebno spomenuti.

Amplituda je maksimalno odstupanje od ravnotežnog položaja, odstupanje fluktuirajuće vrijednosti, mjeri se u metrima.

Period je vrijeme jedne potpune oscilacije, nakon čega se ponavljaju karakteristike sistema, izračunato u sekundama.

Frekvencija je određena brojem oscilacija u jedinici vremena, obrnuto je proporcionalna periodu oscilovanja.

Faza oscilovanja karakteriše stanje sistema.

Karakteristika harmonijskih vibracija

Takve vrste oscilacija javljaju se prema zakonu kosinusa ili sinusa. Fourier je uspio ustanoviti da se svaka periodična oscilacija može predstaviti kao zbir harmonijskih promjena proširenjem određene funkcije u

Kao primjer, uzmimo klatno koje ima određeni period i cikličnu frekvenciju.

Šta karakteriše ove vrste oscilacija? Fizika smatra idealizovani sistem, koji se sastoji od materijalne tačke, koja je okačena na bestežinsku nerastegljivu nit, oscilira pod uticajem gravitacije.

Takve vrste vibracija imaju određenu količinu energije, uobičajene su u prirodi i tehnologiji.

Kod produženog oscilatornog kretanja mijenjaju se koordinate njegovog centra mase, a kod naizmjenične struje mijenjaju se vrijednost struje i napona u kolu.

Postoje različite vrste harmonijskih oscilacija prema njihovoj fizičkoj prirodi: elektromagnetne, mehaničke itd.

Tresenje djeluje kao prisilna vibracija vozilo, koji se kreće po neravnom putu.

Glavne razlike između prisilnih i slobodnih vibracija

Ove vrste elektromagnetnih oscilacija se razlikuju fizičke karakteristike. Prisustvo srednjeg otpora i sila trenja dovode do prigušenja slobodnih oscilacija. U slučaju prisilnih oscilacija, gubici energije se nadoknađuju njenim dodatnim dovodom iz vanjskog izvora.

Period opružnog klatna povezuje masu tijela i krutost opruge. U slučaju matematičkog klatna, to zavisi od dužine niti.

Sa poznatim periodom moguće je izračunati prirodnu frekvenciju oscilatornog sistema.

U tehnologiji i prirodi postoje fluktuacije sa različite vrijednosti frekvencije. Na primjer, klatno koje se ljulja Isaac's Cathedral Petersburgu, ima frekvenciju od 0,05 Hz, dok za atome iznosi nekoliko miliona megaherca.

Nakon određenog vremenskog perioda uočava se prigušenje slobodnih oscilacija. Zbog toga se u realnoj praksi koriste prisilne oscilacije. Oni su traženi u raznim vibracionim mašinama. Vibracioni čekić je udarno-vibracioni stroj, koji je namijenjen za zabijanje cijevi, šipova i drugih metalnih konstrukcija u zemlju.

Elektromagnetne vibracije

Karakteristike vibracionih režima uključuju analizu glavnih fizičkih parametara: naboj, napon, jačinu struje. Kao elementarni sistem, koji se koristi za posmatranje elektromagnetnih oscilacija, je oscilatorno kolo. Nastaje serijskim povezivanjem zavojnice i kondenzatora.

Kada je krug zatvoren, u njemu se javljaju slobodne elektromagnetske oscilacije povezane s periodičnim promjenama električni naboj na kondenzatoru i struji u zavojnici.

One su besplatne zbog činjenice da prilikom njihovog izvođenja nema vanjskih utjecaja, već se koristi samo energija koja je uskladištena u samom kolu.

U nedostatku vanjskog utjecaja, nakon određenog vremenskog perioda, uočava se slabljenje elektromagnetne oscilacije. Razlog za ovu pojavu će biti postepeno pražnjenje kondenzatora, kao i otpor koji zavojnica zapravo ima.

Zbog toga se u realnom kolu javljaju prigušene oscilacije. Smanjenje naboja na kondenzatoru dovodi do smanjenja energetske vrijednosti u odnosu na njegovu izvornu vrijednost. Postupno će se oslobađati u obliku topline na spojnim žicama i zavojnici, kondenzator će se potpuno isprazniti, a elektromagnetska oscilacija će biti završena.

Značaj fluktuacija u nauci i tehnologiji

Svi pokreti koji imaju određeni stepen ponavljanja su oscilacije. Na primjer, matematičko klatno karakterizira sistematsko odstupanje u oba smjera od prvobitne vertikalne pozicije.

Za opružno klatno, jedna potpuna oscilacija odgovara njegovom kretanju gore i dolje iz početne pozicije.

U električnom kolu koje ima kapacitivnost i induktivnost dolazi do ponavljanja naelektrisanja na pločama kondenzatora. Šta je uzrok oscilatornih kretanja? Klatno funkcionira zbog činjenice da ga gravitacija uzrokuje da se vrati u prvobitni položaj. U slučaju modela opruge, sličnu funkciju obavlja elastična sila opruge. Prolazeći ravnotežni položaj, teret ima određenu brzinu, pa se po inerciji kreće mimo prosječnog stanja.

Električne oscilacije se mogu objasniti razlikom potencijala koja postoji između ploča napunjenog kondenzatora. Čak i kada se potpuno isprazni, struja ne nestaje, već se puni.

AT moderna tehnologija koriste se fluktuacije koje se bitno razlikuju po svojoj prirodi, stepenu ponavljanja, prirodi, kao i "mehanizmu" nastanka.

Mehaničke vibracije čine žice muzički instrumenti, morski talasi, klatno. Kemijske fluktuacije povezane s promjenom koncentracije reaktanata uzimaju se u obzir prilikom provođenja različitih interakcija.

Elektromagnetne oscilacije omogućavaju stvaranje različitih tehničkih uređaja, na primjer, telefona, ultrazvučnih medicinskih uređaja.

Fluktuacije sjaja cefeida su od posebnog interesa u astrofizici, a naučnici iz različitih zemalja ih proučavaju.

Zaključak

Sve vrste fluktuacija usko su povezane sa ogromnim brojem tehničkih procesa i fizičke pojave. Sjajni su praktična vrijednost u aviogradnji, brodogradnji, građevinarstvu stambenih kompleksa, elektrotehnika, radio elektronika, medicina, fundamentalna nauka. Primjer tipičnog oscilatornog procesa u fiziologiji je kretanje srčanog mišića. Mehaničke vibracije se nalaze u organskoj i neorganskoj hemiji, meteorologiji, ali iu mnogim drugim prirodnim naukama.

Prva istraživanja matematičkog klatna obavljena su u sedamnaestom veku, a do kraja devetnaestog veka naučnici su uspeli da utvrde prirodu elektromagnetnih oscilacija. Ruski naučnik Aleksandar Popov, koji se smatra "ocem" radio komunikacija, izvodio je svoje eksperimente upravo na osnovu teorije elektromagnetnih oscilacija, rezultata istraživanja Thomsona, Huygensa i Rayleigha. Uspio je pronaći praktična upotreba elektromagnetnih valova, koriste ih za prijenos radio signala na velike udaljenosti.

Akademik P. N. Lebedev je dugi niz godina provodio eksperimente vezane za proizvodnju visokofrekventnih elektromagnetnih oscilacija koristeći naizmjenična električna polja. Kroz brojne eksperimente vezane za razne vrste fluktuacija, naučnici su uspjeli pronaći područja njihove optimalne upotrebe moderna nauka i tehnologije.