Movimiento vibratorio y ondulatorio. movimiento oscilatorio. Vibraciones libres. Sistemas oscilatorios (Eryutkin E.S.)

1. Definición de movimiento oscilatorio

movimiento oscilatorio Es un movimiento que se repite exactamente o aproximadamente a intervalos regulares. Se destaca especialmente la doctrina del movimiento oscilatorio en la física. Esto se debe a la similitud de las leyes del movimiento oscilatorio de diversa naturaleza y métodos de estudio. Las vibraciones y ondas mecánicas, acústicas, electromagnéticas se consideran desde un único punto de vista. movimiento oscilatorio común a todos los fenómenos naturales. Los procesos que se repiten rítmicamente, por ejemplo, los latidos del corazón, ocurren continuamente dentro de cualquier organismo vivo.

vibraciones mecánicasLas oscilaciones son cualquier proceso físico caracterizado por la repetibilidad en el tiempo.

La rugosidad del mar, el movimiento del péndulo de un reloj, las vibraciones del casco de un barco, los latidos del corazón humano, el sonido, las ondas de radio, la luz, las corrientes alternas, todas estas son vibraciones.

En el proceso de fluctuaciones, los valores de cantidades físicas que determinan el estado del sistema se repiten a intervalos de tiempo iguales o desiguales. Las fluctuaciones se llaman periódico, si los valores de cantidades físicas cambiantes se repiten a intervalos regulares.

El intervalo de tiempo más pequeño T, después del cual se repite el valor de una cantidad física cambiante (en magnitud y dirección, si esta cantidad es vectorial, en magnitud y signo, si es escalar), se llama período fluctuaciones

El número de oscilaciones completas nrealizadas por unidad de tiempo se llama frecuencia fluctuaciones de esta cantidad y se denota por ν. El período y la frecuencia de las oscilaciones están relacionados por la relación:

Cualquier oscilación se debe a uno u otro efecto sobre el sistema oscilante. Según la naturaleza del impacto que provoca las oscilaciones, se distinguen los siguientes tipos de oscilaciones periódicas: libres, forzadas, autooscilaciones, paramétricas.

vibraciones libres- son oscilaciones que se producen en un sistema abandonado a sí mismo, después de sacarlo de un estado de equilibrio estable (por ejemplo, oscilaciones de una carga sobre un resorte).

vibraciones forzadas- estas son oscilaciones debidas a influencias periódicas externas (por ejemplo, oscilaciones electromagnéticas en una antena de TV).

Mecánicofluctuaciones

Auto-oscilaciones- oscilaciones libres sustentadas por una fuente externa de energía, cuya inclusión en el momento adecuado la realiza el propio sistema oscilante (por ejemplo, oscilaciones del péndulo de un reloj).

vibraciones paramétricas- estas son oscilaciones, durante las cuales ocurre un cambio periódico en cualquier parámetro del sistema (por ejemplo, balanceo de un columpio: agachándose en posiciones extremas y enderezándose en la posición media, una persona en un columpio cambia el momento de inercia del columpio ).

Las oscilaciones que son de naturaleza diferente muestran mucho en común: obedecen las mismas leyes, se describen mediante las mismas ecuaciones y se estudian mediante los mismos métodos. Esto hace posible crear una teoría unificada de oscilaciones.

La más simple de las oscilaciones periódicas.

son vibraciones armónicas.

Las oscilaciones armónicas son oscilaciones en el curso de las cuales los valores de las cantidades físicas cambian con el tiempo según la ley del seno o del coseno. La mayoría de los procesos oscilatorios están descritos por esta ley o pueden sumarse como una suma de oscilaciones armónicas.

Otra definición "dinámica" de vibraciones armónicas también es posible como un proceso realizado bajo la acción de un elástico o "cuasi-elástico".

2. periódico Las oscilaciones se denominan oscilaciones en las que se produce una repetición exacta del proceso a intervalos regulares.

Período oscilación periódica es el tiempo mínimo después del cual el sistema vuelve a su estado original.

x - un valor oscilante (por ejemplo, la intensidad actual en el circuito, el estado y comienza la repetición del proceso. El proceso que ocurre en un período de oscilación se denomina "una oscilación completa".

oscilaciones periódicas se llama el número de oscilaciones completas por unidad de tiempo (1 segundo); puede no ser un número entero.

T - período de oscilación Período - el tiempo de una oscilación completa.

Para calcular la frecuencia v, debe dividir 1 segundo por el tiempo T de una oscilación (en segundos) y obtiene el número de oscilaciones en 1 segundo o la coordenada del punto) t - tiempo

oscilación armónica

Esta es una oscilación periódica, en la que la coordenada, la velocidad, la aceleración, que caracterizan el movimiento, cambian según la ley del seno o del coseno.

forma de onda armónica

El gráfico establece la dependencia del desplazamiento del cuerpo con el tiempo. Instale un lápiz en el péndulo de resorte, detrás del péndulo una cinta de papel que se mueva uniformemente. O hagamos que el péndulo matemático deje una huella. Aparecerá un gráfico en el papel.

El gráfico de una oscilación armónica es una onda sinusoidal (u onda coseno). De acuerdo con el programa de oscilaciones, puede determinar todas las características del movimiento oscilatorio.

Ecuación de onda armónica

La ecuación de oscilación armónica establece la dependencia de la coordenada del cuerpo con el tiempo

La gráfica del coseno tiene un valor máximo en el momento inicial y la gráfica del seno tiene un valor cero en el momento inicial. Si comenzamos a investigar la oscilación desde la posición de equilibrio, entonces la oscilación repetirá la sinusoide. Si comenzamos a considerar la oscilación desde la posición de la desviación máxima, entonces la oscilación describirá el coseno. O tal oscilación puede describirse mediante la fórmula del seno con una fase inicial.

Cambio de velocidad y aceleración durante la oscilación armónica

No solo la coordenada del cuerpo cambia con el tiempo según la ley del seno o coseno. Pero cantidades como la fuerza, la velocidad y la aceleración también cambian de manera similar. La fuerza y ​​la aceleración son máximas cuando el cuerpo oscilante está en las posiciones extremas donde el desplazamiento es máximo, y son iguales a cero cuando el cuerpo pasa por la posición de equilibrio. La velocidad, por el contrario, en las posiciones extremas es igual a cero, y cuando el cuerpo pasa la posición de equilibrio, alcanza su valor máximo.

Si la oscilación se describe de acuerdo con la ley del coseno

Si la oscilación se describe de acuerdo con la ley del seno

Valores máximos de velocidad y aceleración

Después de analizar las ecuaciones de dependencia v(t) y a(t), se puede adivinar que los valores máximos de velocidad y aceleración se toman cuando el factor trigonométrico es igual a 1 o -1. Determinado por la fórmula

Cómo obtener las dependencias v(t) y a(t)

Característica de oscilación

Fase determina el estado del sistema, es decir, la coordenada, la velocidad, la aceleración, la energía, etc.

Frecuencia cíclica caracteriza la tasa de cambio de la fase de oscilación.

El estado inicial del sistema oscilatorio caracteriza fase inicial

Amplitud de oscilación A es el mayor desplazamiento desde la posición de equilibrio

Período T- este es el período de tiempo durante el cual el punto realiza una oscilación completa.

Frecuencia de oscilación es el número de oscilaciones completas por unidad de tiempo t.

La frecuencia, la frecuencia cíclica y el período de oscilación están relacionados como

tipos de vibraciones

Las vibraciones que ocurren en sistemas cerrados se llaman gratis o propio fluctuaciones vibraciones que se producen bajo la acción Fuerzas externas, llamado forzado. también hay auto-oscilaciones(forzado automáticamente).

Si consideramos las oscilaciones de acuerdo con las características cambiantes (amplitud, frecuencia, período, etc.), entonces se pueden dividir en armónico, desvanecimiento, creciente(así como diente de sierra, rectangular, complejo).

Durante las vibraciones libres en los sistemas reales, siempre se producen pérdidas de energía. La energía mecánica se gasta, por ejemplo, para realizar trabajo para vencer las fuerzas de la resistencia del aire. Bajo la influencia de la fuerza de fricción, la amplitud de oscilación disminuye y, después de un tiempo, las oscilaciones se detienen. Es obvio que cuanto mayor es la fuerza de resistencia al movimiento, más rápido se detienen las oscilaciones.

Vibraciones forzadas. Resonancia

Las oscilaciones forzadas no están amortiguadas. Por lo tanto, es necesario reponer las pérdidas de energía para cada período de oscilación. Para hacer esto, es necesario actuar sobre un cuerpo oscilante con una fuerza que cambia periódicamente. Las oscilaciones forzadas se realizan con una frecuencia igual a la frecuencia de los cambios en la fuerza externa.

vibraciones forzadas

La amplitud de las oscilaciones mecánicas forzadas alcanza el mayor valor en el caso de que la frecuencia de la fuerza motriz coincida con la frecuencia del sistema oscilatorio. Este fenómeno se llama resonancia.

Por ejemplo, si tira periódicamente del cable al compás de sus propias oscilaciones, notaremos un aumento en la amplitud de sus oscilaciones.

Si se mueve un dedo húmedo a lo largo del borde del vidrio, el vidrio hará sonidos de timbre. Aunque no se nota, el dedo se mueve intermitentemente y transfiere energía al vaso en ráfagas cortas, lo que hace que el vaso vibre.

Las paredes del vidrio también comienzan a vibrar cuando se dirigen hacia él. onda de sonido con una frecuencia igual a la suya. Si la amplitud se vuelve muy grande, el vidrio puede incluso romperse. Debido a la resonancia durante el canto de F. I. Chaliapin, los colgantes de cristal de los candelabros temblaron (resonaron). La aparición de la resonancia se puede rastrear en el baño. Si canta suavemente sonidos de diferentes frecuencias, la resonancia se producirá en una de las frecuencias.

En los instrumentos musicales, el papel de los resonadores lo realizan partes de sus cuerpos. Una persona también tiene su propio resonador: esta es la cavidad bucal, que amplifica los sonidos emitidos.

El fenómeno de la resonancia debe tenerse en cuenta en la práctica. En algunas situaciones puede ser útil, en otras puede ser perjudicial. Los fenómenos resonantes pueden causar daños irreversibles a varios sistemas mecánicos, como puentes mal diseñados. Así, en 1905, el puente egipcio en San Petersburgo se derrumbó cuando un escuadrón ecuestre lo atravesó, y en 1940, se derrumbó el puente de Tacoma en los EE. UU.

El fenómeno de resonancia se utiliza cuando, con la ayuda de una pequeña fuerza, es necesario obtener un gran aumento en la amplitud de las oscilaciones. Por ejemplo, la lengüeta pesada de una campana grande puede balancearse con una fuerza relativamente pequeña con una frecuencia igual a la frecuencia natural de la campana.

El tema de esta lección: “Movimiento oscilatorio. Vibraciones libres. Sistemas oscilatorios. Primero, definamos un nuevo tipo de movimiento que estamos comenzando a estudiar: el movimiento oscilatorio. Considere como ejemplo las oscilaciones de un péndulo de resorte y defina el concepto de oscilaciones libres. También estudiaremos qué son los sistemas oscilatorios y discutiremos las condiciones necesarias para la existencia de oscilaciones.

vacilación - este es un cambio periódico en cualquier cantidad física: fluctuaciones de temperatura, fluctuaciones de color de semáforo, etc. (Fig. 1).

Arroz. 1. Ejemplos de vibraciones

Las vibraciones son la forma más común de movimiento en la naturaleza. Si tocamos temas relacionados con el movimiento mecánico, entonces este es el tipo de movimiento mecánico más común. Suelen decir esto: un movimiento que se repite total o parcialmente en el tiempo se llama vacilación. vibraciones mecánicas - este es un cambio periódico en las cantidades físicas que caracterizan el movimiento mecánico: posición del cuerpo, velocidad, aceleración.

Ejemplos de vibraciones: el balanceo de un columpio, el movimiento de las hojas y el balanceo de los árboles bajo la influencia del viento, el péndulo de un reloj, el movimiento del cuerpo humano.

Arroz. 2. Ejemplos de vibraciones

Los sistemas oscilatorios mecánicos más comunes son:

• Un peso unido a un resorte. péndulo de resorte. Diciéndole al péndulo velocidad inicial, se saca del equilibrio. El péndulo oscila hacia arriba y hacia abajo. Para hacer oscilaciones en un péndulo de resorte, la cantidad de resortes y su rigidez son importantes.

Arroz. 3. Péndulo de resorte

• pendulo matematico - sólido suspendido en un largo hilo, oscilando en el campo gravitatorio de la Tierra.

Arroz. 4. Péndulo matemático

Condiciones para la existencia de oscilaciones

• La presencia de un sistema oscilatorio. sistema oscilatorio es un sistema en el que pueden existir oscilaciones.

Arroz. 5. Ejemplos de sistemas oscilatorios

• El punto de equilibrio estable. Es alrededor de este punto que se producen las oscilaciones.

Arroz. 6. Punto de equilibrio

Hay tres tipos de posiciones de equilibrio: estable, inestable e indiferente. Estable: cuando el sistema tiende a volver a su posición original con poca influencia externa. La presencia de un equilibrio estable es una condición importante para que ocurran las oscilaciones en el sistema.

• Reservas de energía que hacen que se produzcan las vibraciones. Después de todo, las oscilaciones por sí solas no pueden ocurrir, debemos desequilibrar el sistema para que estas oscilaciones ocurran. Es decir, impartir energía a este sistema, para que luego la energía vibracional se convierta en el movimiento que estamos considerando.

Arroz. 7 Reservas de energía

• Pequeño valor de las fuerzas de fricción. Si estas fuerzas son grandes, entonces no se puede hablar de fluctuaciones.

Solución del principal problema de la mecánica en el caso de las vibraciones

Las oscilaciones mecánicas son uno de los tipos de movimiento mecánico. La tarea principal de la mecánica. es la determinación de la posición del cuerpo en un momento dado. Obtenemos la ley de dependencia para vibraciones mecánicas.

Intentaremos adivinar la ley que se necesita encontrar, y no deducirla matemáticamente, porque el nivel de conocimiento del noveno grado no es suficiente para cálculos matemáticos rigurosos. En física, este método se usa a menudo. Primero, intentan predecir una decisión justa y luego la prueban.

Las oscilaciones son un proceso periódico o casi periódico. Esto significa que la ley es una función periódica. En matemáticas, las funciones periódicas son o .

La ley no será una solución al principal problema de la mecánica, ya que se trata de una cantidad adimensional, y las unidades de medida son los metros. Mejoremos la fórmula añadiendo un multiplicador delante del seno correspondiente a la desviación máxima de la posición de equilibrio - el valor de amplitud: . Tenga en cuenta que las unidades de tiempo son segundos. Piense en lo que significa, por ejemplo,? Esta expresión no tiene sentido. La expresión debajo del seno debe medirse en grados o radianes. En radianes, dicha cantidad física se mide como la fase de la oscilación, el producto de la frecuencia cíclica y el tiempo.

Las oscilaciones armónicas libres están descritas por la ley:

Usando esta ecuación, puedes encontrar la posición de un cuerpo oscilante en cualquier momento.

Energía y equilibrio

Al investigar las vibraciones mecánicas, se debe prestar especial interés al concepto de posición de equilibrio, una condición necesaria para la presencia de vibraciones.

Hay tres tipos de posiciones de equilibrio: estable, inestable e indiferente.

La Figura 8 muestra una pelota que está en un canal esférico. Si la pelota se saca del equilibrio, las siguientes fuerzas actuarán sobre ella: gravedad, dirigida verticalmente hacia abajo, fuerza de reacción de apoyo, dirigida perpendicularmente a la tangente a lo largo del radio. La suma vectorial de estas dos fuerzas será la resultante, que se dirige de nuevo a la posición de equilibrio. Es decir, la pelota tenderá a volver a su posición de equilibrio. Este estado de equilibrio se llama sostenible.

Arroz. 8. Equilibrio estable

Pongamos la pelota en un conducto esférico convexo y sacémosla un poco de la posición de equilibrio (Fig. 9). La fuerza de la gravedad todavía se dirige verticalmente hacia abajo, la fuerza de reacción del apoyo sigue siendo perpendicular a la tangente. Pero ahora la fuerza resultante está dirigida en dirección opuesta a la posición inicial del cuerpo. La pelota tenderá a rodar hacia abajo. Este estado de equilibrio se llama inestable.

Arroz. 9. Equilibrio inestable

En la Figura 10, la pelota está en un plano horizontal. La resultante de las dos fuerzas en cualquier punto del plano será la misma. Este estado de equilibrio se llama indiferente.

Arroz. 10. Equilibrio indiferente

En equilibrio estable e inestable, la pelota tiende a tomar una posición en la que la energía potencial será mínima.

Cualquier sistema mecánico tiende a tomar espontáneamente una posición en la que su energía potencial será mínima. Por ejemplo, nos sentimos más cómodos acostados que de pie.

Entonces, es necesario complementar la condición para la existencia de fluctuaciones con el hecho de que el equilibrio debe ser necesariamente estable.

Si a un péndulo dado, un sistema oscilatorio se le dio energía, entonces las oscilaciones resultantes de tal acción se llamarán gratis. Definición más común: Las vibraciones se llaman libres., que ocurren sólo bajo la acción fuerzas internas sistemas

Las oscilaciones libres también se denominan oscilaciones naturales de un sistema oscilatorio dado, un péndulo dado. Las vibraciones libres se amortiguan. Tarde o temprano se desvanecen, a medida que actúa la fuerza de fricción. En este caso, aunque es un valor pequeño, no es cero. Si ninguna fuerza adicional obliga al cuerpo a moverse, las oscilaciones se detienen.

Ecuación de velocidad y aceleración versus tiempo

Para comprender si la velocidad y la aceleración cambian durante las oscilaciones, volvamos al péndulo matemático.

El péndulo se saca del equilibrio y comienza a oscilar. EN puntos extremos fluctuaciones, la velocidad cambia de dirección y en el punto de equilibrio la velocidad es máxima. Si la velocidad cambia, entonces el cuerpo tiene aceleración. ¿Será tal movimiento uniformemente acelerado? Por supuesto que no, porque a medida que la velocidad aumenta (disminuye), su dirección también cambia. Esto significa que la aceleración también cambiará. Nuestra tarea es obtener las leyes según las cuales la proyección de la velocidad y la proyección de la aceleración cambiarán con el tiempo.

La coordenada cambia con el tiempo según la ley armónica, según la ley del seno o del coseno. Es lógico suponer que la velocidad y la aceleración también cambiarán según la ley armónica.

Ley de cambio de coordenadas:

La ley según la cual la proyección de la velocidad cambiará con el tiempo:

Esta ley también es armónica, pero si la coordenada cambia con el tiempo según la ley del seno, entonces la proyección de la velocidad, según la ley del coseno. La coordenada en la posición de equilibrio es cero, mientras que la velocidad en la posición de equilibrio es máxima. Por el contrario, donde la coordenada es máxima, la velocidad es cero.

La ley según la cual la proyección de la aceleración cambiará con el tiempo:

El signo menos aparece porque cuando se incrementa la coordenada, la fuerza restauradora se dirige en la dirección opuesta. Según la segunda ley de Newton, la aceleración se dirige en la misma dirección que la fuerza resultante. Entonces, si la coordenada crece, la aceleración crece en valor absoluto, pero en dirección opuesta, y viceversa, lo que se indica con el signo menos en la ecuación.

Bibliografía

1. Kikoin A.K. Sobre la ley del movimiento oscilatorio // Kvant. - 1983. - Nº 9. - S. 30-31.
2. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Física: libro de texto. para 9 celdas. promedio colegio - M.: Ilustración, 1992. - 191 p.
3. Chernoutsan I.A. Vibraciones armónicas: ordinarias y asombrosas // Kvant. - 1991. - Nº 9. - S. 36-38.
4. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Física: un libro de referencia con ejemplos de resolución de problemas. - 2ª edición, redistribución. - X .: Vesta: editorial "Ranok", 2005. - 464 p.

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

Tarea

1. ¿Qué es la vibración libre? Dé algunos ejemplos de tales fluctuaciones.
2. Calcule la frecuencia de las oscilaciones libres del péndulo si la longitud de su hilo es de 2 m Determine cuánto durarán 5 oscilaciones de dicho péndulo.
3. ¿Cuál es el período de oscilaciones libres de un péndulo de resorte si la rigidez del resorte es de 50 N/m y la masa de la carga es de 100 g?

Existir diferentes tipos oscilaciones en física, caracterizadas por ciertos parámetros. Considere sus principales diferencias, clasificación según varios factores.

Definiciones basicas

Se entiende por oscilación un proceso en el que, a intervalos regulares, las principales características del movimiento tienen los mismos valores.

Tales oscilaciones se denominan periódicas, en las que los valores de las cantidades básicas se repiten a intervalos regulares (período de oscilaciones).

Variedades de procesos oscilatorios.

Consideremos los principales tipos de oscilaciones que existen en la física fundamental.

Las vibraciones libres son aquellas que ocurren en un sistema que no está sujeto a influencias variables externas después del choque inicial.

Un ejemplo de oscilaciones libres es un péndulo matemático.

Son aquellos tipos de vibraciones mecánicas que se producen en el sistema bajo la acción de una fuerza variable externa.

Características de la clasificación.

Por naturaleza física distinguir los siguientes tipos de movimientos oscilatorios:

• mecánico;
• térmico;
• electromagnético;
• mezclado.

Según la opción de interacción con el entorno

Tipos de vibraciones por interacción con medioambiente distinguir varios grupos.

Las oscilaciones forzadas aparecen en el sistema bajo la acción de una acción periódica externa. Como ejemplos de este tipo de oscilación, podemos considerar el movimiento de las manos, las hojas de los árboles.

Para oscilaciones armónicas forzadas, puede aparecer una resonancia, en la que en valores iguales la frecuencia de la acción externa y el oscilador con un fuerte aumento de amplitud.

Vibraciones naturales en el sistema bajo la influencia de fuerzas internas después de que se saca del equilibrio. La variante más simple de vibraciones libres es el movimiento de una carga suspendida de un hilo o unida a un resorte.

Las autooscilaciones se denominan tipos en los que el sistema tiene un cierto margen. energía potencial va a hacer oscilaciones. contraste su es el hecho de que la amplitud se caracteriza por las propiedades del sistema en sí, y no por las condiciones iniciales.

Para oscilaciones aleatorias, la carga externa tiene un valor aleatorio.

Parámetros básicos de los movimientos oscilatorios

Todos los tipos de oscilaciones tienen ciertas características, que deben mencionarse por separado.

La amplitud es la desviación máxima de la posición de equilibrio, la desviación de un valor fluctuante, se mide en metros.

El período es el tiempo de una oscilación completa, después del cual se repiten las características del sistema, calculado en segundos.

La frecuencia está determinada por el número de oscilaciones por unidad de tiempo, es inversamente proporcional al período de oscilación.

La fase de oscilación caracteriza el estado del sistema.

Característica de las vibraciones armónicas

Tales tipos de oscilaciones ocurren según la ley del coseno o del seno. Fourier logró establecer que cualquier oscilación periódica puede representarse como una suma de cambios armónicos mediante la expansión de una determinada función en

Como ejemplo, considere un péndulo que tiene cierto período y frecuencia cíclica.

¿Qué caracteriza a este tipo de oscilaciones? La física considera un sistema idealizado, que consiste en un punto material, que está suspendido en un hilo inextensible y sin peso, oscila bajo la influencia de la gravedad.

Tales tipos de vibraciones tienen una cierta cantidad de energía, son comunes en la naturaleza y la tecnología.

Con un movimiento oscilatorio prolongado, las coordenadas de su centro de masa cambian, y con corriente alterna, cambia el valor de la corriente y el voltaje en el circuito.

Existen diferentes tipos de oscilaciones armónicas según su naturaleza física: electromagnéticas, mecánicas, etc.

La sacudida actúa como una vibración forzada. vehículo, que avanza por un camino accidentado.

Las principales diferencias entre vibraciones forzadas y libres.

Estos tipos de oscilaciones electromagnéticas difieren en características físicas. La presencia de resistencias medias y fuerzas de fricción conducen a la amortiguación de oscilaciones libres. En el caso de oscilaciones forzadas, las pérdidas de energía se compensan con su aporte adicional desde una fuente externa.

El período de un péndulo de resorte relaciona la masa del cuerpo y la rigidez del resorte. En el caso de un péndulo matemático, depende de la longitud del hilo.

Con un período conocido, es posible calcular la frecuencia natural del sistema oscilatorio.

En tecnología y naturaleza, hay fluctuaciones con valores diferentes frecuencias Por ejemplo, un péndulo que oscila Catedral de San Isaac Petersburg, tiene una frecuencia de 0,05 Hz, mientras que para los átomos es de varios millones de megahercios.

Después de un cierto período de tiempo, se observa la amortiguación de las oscilaciones libres. Es por eso que las oscilaciones forzadas se utilizan en la práctica real. Están en demanda en una variedad de máquinas de vibración. El martillo vibratorio es una máquina de choque y vibración, que está diseñada para clavar tuberías, pilotes y otras estructuras metálicas en el suelo.

vibraciones electromagnéticas

Las características de los modos de vibración implican el análisis de los principales parámetros físicos: carga, voltaje, intensidad de la corriente. Como sistema elemental, que se utiliza para observar las oscilaciones electromagnéticas, es un circuito oscilatorio. Se forma conectando una bobina y un capacitor en serie.

Cuando el circuito está cerrado, se producen en él oscilaciones electromagnéticas libres, asociadas a cambios periódicos carga eléctrica en el capacitor y la corriente en la bobina.

Son gratuitos debido a que cuando se realizan no hay influencia externa, sino que se utiliza únicamente la energía que se almacena en el propio circuito.

En ausencia de influencia externa, después de un cierto período de tiempo, se observa una atenuación de la oscilación electromagnética. La razón de este fenómeno será la descarga gradual del condensador, así como la resistencia que realmente tiene la bobina.

Por eso se producen oscilaciones amortiguadas en un circuito real. La reducción de la carga en el capacitor conduce a una disminución en el valor de la energía en comparación con su valor original. Gradualmente, se liberará en forma de calor en los cables de conexión y la bobina, el capacitor se descargará por completo y la oscilación electromagnética se completará.

La importancia de las fluctuaciones en la ciencia y la tecnología

Todos los movimientos que tienen un cierto grado de repetición son oscilaciones. Por ejemplo, un péndulo matemático se caracteriza por una desviación sistemática en ambas direcciones desde la posición vertical original.

Para un péndulo de resorte, una oscilación completa corresponde a su movimiento hacia arriba y hacia abajo desde la posición inicial.

En un circuito eléctrico que tiene capacitancia e inductancia, hay una repetición de carga en las placas del capacitor. ¿Cuál es la causa de los movimientos oscilatorios? El péndulo funciona debido al hecho de que la gravedad hace que regrese a su posición original. En el caso de un modelo de resorte, la fuerza elástica del resorte realiza una función similar. Al pasar la posición de equilibrio, la carga tiene una cierta velocidad, por lo tanto, por inercia, se mueve más allá del estado promedio.

Las oscilaciones eléctricas pueden explicarse por la diferencia de potencial que existe entre las placas de un capacitor cargado. Incluso cuando está completamente descargado, la corriente no desaparece, se recarga.

EN tecnología moderna se utilizan fluctuaciones, que difieren significativamente en su naturaleza, grado de repetición, naturaleza, así como el "mecanismo" de ocurrencia.

Las vibraciones mecánicas hacen cuerdas instrumentos musicales, olas del mar, péndulo. Las fluctuaciones químicas asociadas con un cambio en la concentración de los reactivos se tienen en cuenta al realizar diversas interacciones.

Las oscilaciones electromagnéticas permiten crear varios dispositivos técnicos, por ejemplo, un teléfono, dispositivos médicos ultrasónicos.

Las fluctuaciones de brillo de las cefeidas son de particular interés en astrofísica, y científicos de diferentes países las están estudiando.

Conclusión

Todos los tipos de fluctuaciones están estrechamente relacionados con una gran cantidad de procesos técnicos y fenomeno fisico. grandes son ellos valor práctico en la construcción de aeronaves, construcción naval, construcción complejos residenciales, ingeniería eléctrica, radioelectrónica, medicina, ciencias fundamentales. Un ejemplo de un proceso oscilatorio típico en fisiología es el movimiento del músculo cardíaco. Las vibraciones mecánicas se encuentran en química orgánica e inorgánica, meteorología y también en muchas otras ciencias naturales.

Los primeros estudios del péndulo matemático se realizaron en el siglo XVII y, a fines del siglo XIX, los científicos pudieron establecer la naturaleza de las oscilaciones electromagnéticas. El científico ruso Alexander Popov, considerado el "padre" de las comunicaciones por radio, realizó sus experimentos precisamente sobre la base de la teoría de las oscilaciones electromagnéticas, resultado de las investigaciones de Thomson, Huygens y Rayleigh. Se las arregló para encontrar uso práctico ondas electromagnéticas, utilícelas para transmitir una señal de radio a larga distancia.

El académico P. N. Lebedev durante muchos años realizó experimentos relacionados con la producción de oscilaciones electromagnéticas de alta frecuencia utilizando campos eléctricos alternos. A través de numerosos experimentos relacionados con varios tipos fluctuaciones, los científicos lograron encontrar áreas de su uso óptimo en ciencia moderna y Tecnología.