Vibratsiooniline ja laineline liikumine. võnkuv liikumine. Vaba vibratsioon. Ostsillatsioonisüsteemid (Eryutkin E.S.)

1. Võnkuva liikumise definitsioon

võnkuv liikumine on liikumine, mis kordub täpselt või ligikaudu korrapäraste ajavahemike järel. Eraldi tõstetakse esile võnkuva liikumise õpetust füüsikas. Selle põhjuseks on erineva iseloomuga võnkuva liikumise seaduste ja selle uurimismeetodite ühtsus. Mehaanilisi, akustilisi, elektromagnetilisi vibratsioone ja laineid vaadeldakse ühest vaatenurgast. võnkuv liikumineühine kõigile loodusnähtustele. Igas elusorganismis toimuvad pidevalt rütmiliselt korduvad protsessid, näiteks südamepekslemine.

Mehaanilised vibratsioonidVõnkumine on igasugune füüsiline protsess, mida iseloomustab ajas korratavus.

Mere karedus, kella pendli kõikumine, laevakere võnked, inimsüdame löögid, heli, raadiolained, valgus, vahelduvad voolud – kõik need on vibratsioonid.

Kõikumiste käigus korratakse süsteemi oleku määravate füüsikaliste suuruste väärtusi võrdsete või ebavõrdsete ajavahemike järel. Kõikumisi nimetatakse perioodiline, kui muutuvate füüsikaliste suuruste väärtusi korratakse korrapäraste ajavahemike järel.

Väiksemat ajavahemikku T, mille möödudes kordub muutuva füüsikalise suuruse väärtus (suuruses ja suunas, kui see suurus on vektor, suurusjärgus ja märgis, kui see on skalaarne), nimetatakse periood kõikumised.

Nimetatakse ajaühikus sooritatud täielike võnkumiste arvu sagedus selle suuruse kõikumisi ja seda tähistatakse ν-ga. Võnkumiste periood ja sagedus on seotud seosega:

Igasugune võnkumine on tingitud ühest või teisest mõjust võnkesüsteemile. Sõltuvalt võnkumist põhjustava löögi iseloomust eristatakse järgmisi perioodiliste võnkumiste liike: vaba, sunnitud, isevõnkumine, parameetriline.

Vaba vibratsioon- need on võnkumised, mis tekivad iseendale jäetud süsteemis pärast selle eemaldamist stabiilsest tasakaaluseisundist (näiteks vedru koormuse võnkumised).

Sunnitud vibratsioonid- need on välistest perioodilistest mõjudest tingitud võnkumised (näiteks teleri antenni elektromagnetilised võnked).

Mehaanilinekõikumised

Isevõnkumised- välisest energiaallikast toetuvad vabavõnked, mille õigel ajal kaasamise teostab võnkesüsteem ise (näiteks kella pendli võnkumised).

Parameetrilised vibratsioonid- need on võnked, mille käigus toimub perioodiline muutus süsteemi mis tahes parameetris (näiteks kiigutamine: äärmuslikes asendites kükitades ja keskmises asendis sirgudes, kiigel olev inimene muudab kiigu inertsmomenti ).

Oma olemuselt erinevad võnkumised näitavad palju ühist: nad järgivad samu seadusi, neid kirjeldatakse samade võrranditega ja neid uuritakse samade meetoditega. See võimaldab luua ühtse võnketeooria.

Lihtsaim perioodiline võnkumine

on harmoonilised vibratsioonid.

Harmoonilised võnked on võnked, mille käigus füüsikaliste suuruste väärtused muutuvad ajas vastavalt siinuse või koosinuse seadusele. Enamikku võnkeprotsesse kirjeldab see seadus või võib need liita harmooniliste võnkumiste summana.

Harmooniliste vibratsioonide teine ​​"dünaamiline" määratlus on samuti võimalik kui protsess, mis viiakse läbi elastse või "kvaasielastse" toimel.

2. perioodiline Võnkumisteks nimetatakse võnkumisi, mille puhul toimub protsessi täpne kordus kindlate ajavahemike järel.

Periood perioodiline võnkumine on minimaalne aeg, mille möödudes süsteem naaseb algsesse olekusse.

x - võnkeväärtus (näiteks voolutugevus ahelas, olek ja protsessi kordus algab. Ühel võnkeperioodil toimuvat protsessi nimetatakse "üheks täielikuks võnkeks".

perioodilisi võnkumisi nimetatakse täielike võnkumiste arvuks ajaühikus (1 sekund) – see ei pruugi olla täisarv.

T – võnkeperiood Period – ühe täieliku võnkumise aeg.

Sageduse v arvutamiseks tuleb jagada 1 sekund ühe võnke ajaga T (sekundites) ja saad võnkumiste arvu 1 sekundis ehk punkti koordinaadi) t - aeg

harmooniline võnkumine

See on perioodiline võnkumine, milles liikumist iseloomustav koordinaat, kiirus, kiirendus muutuvad vastavalt siinus- või koosinusseadusele.

Harmooniline lainekuju

Graafik määrab keha nihke sõltuvuse ajas. Paigalda vedrupendli külge pliiats, pendli taha ühtlaselt liikuv paberlint. Või sunnime matemaatilist pendlit jälje jätma. Paberile ilmub graafik.

Harmoonilise võnkumise graafik on siinuslaine (või koosinuslaine). Vastavalt võnkumiste ajakavale saate määrata kõik võnkeliikumise omadused.

Harmoonilise laine võrrand

Harmoonilise võnke võrrand määrab keha koordinaadi sõltuvuse ajast

Koosinusgraafikul on algmomendil maksimaalne väärtus ja siinusgraafikul on algmomendil nullväärtus. Kui hakkame võnkumist uurima tasakaaluasendist, siis võnkumine kordab sinusoidi. Kui hakata arvestama võnkumist maksimaalse hälbe kohast, siis võnkumine kirjeldab koosinust. Või saab sellist võnkumist kirjeldada siinuse valemiga algfaasiga.

Kiiruse ja kiirenduse muutus harmoonilise võnkumise ajal

Siinuse või koosinuse seaduse järgi ei muutu ajas mitte ainult keha koordinaat. Kuid sarnaselt muutuvad ka sellised suurused nagu jõud, kiirus ja kiirendus. Jõud ja kiirendus on maksimaalsed siis, kui võnkuva keha on äärmistes asendites, kus nihe on maksimaalne, ja on võrdsed nulliga, kui keha läbib tasakaaluasendi. Kiirus, vastupidi, äärmistes asendites on võrdne nulliga ja kui keha läbib tasakaaluasendi, saavutab see maksimaalse väärtuse.

Kui võnkumist kirjeldatakse koosinusseaduse järgi

Kui võnkumist kirjeldatakse siinuse seaduse järgi

Maksimaalsed kiiruse ja kiirenduse väärtused

Pärast sõltuvuse võrrandite v(t) ja a(t) analüüsimist võib arvata, et kiiruse ja kiirenduse maksimumväärtused võetakse siis, kui trigonomeetriline tegur on 1 või -1. Määratakse valemiga

Kuidas saada sõltuvusi v(t) ja a(t)

Võnkumise tunnusjoon

Faas määrab süsteemi oleku, nimelt koordinaadi, kiiruse, kiirenduse, energia jne.

Tsükliline sagedus iseloomustab võnkefaasi muutumise kiirust.

Võnkesüsteemi algseisund iseloomustab algfaas

Võnkumise amplituud A on suurim nihe tasakaaluasendist

Periood T- see on ajavahemik, mille jooksul punkt sooritab ühe täieliku võnkumise.

Võnkesagedus on täielike võnkumiste arv ajaühikus t.

Sagedus, tsükliline sagedus ja võnkeperiood on omavahel seotud

Vibratsiooni tüübid

Vibratsioone, mis tekivad suletud süsteemides, nimetatakse tasuta või oma kõikumised. toimingu ajal tekkivad vibratsioonid välised jõud, kutsus sunnitud. Samuti on olemas isevõnkumised(automaatselt sunnitud).

Kui arvestada võnkumisi vastavalt muutuvatele karakteristikutele (amplituud, sagedus, periood jne), siis võib need jagada järgmisteks osadeks: harmooniline, hääbuv, kasvav(nagu ka saehammas, ristkülikukujuline, kompleksne).

Vabade vibratsioonide ajal reaalsetes süsteemides tekivad alati energiakadud. Mehaaniline energia kulutatakse näiteks selleks, et teha tööd õhutakistusjõudude ületamiseks. Hõõrdejõu mõjul võnkeamplituud väheneb ja mõne aja pärast võnkumine lakkab. On ilmne, et mida suurem on liikumistakistusjõud, seda kiiremini võnkumised peatuvad.

Sunnitud vibratsioonid. Resonants

Sundvõnkumised on summutamata. Seetõttu on vaja iga võnkeperioodi energiakadusid täiendada. Selleks on vaja võnkuvale kehale mõjuda perioodiliselt muutuva jõuga. Sundvõnkumisi tehakse sagedusega, mis on võrdne välisjõu muutumise sagedusega.

Sunnitud vibratsioonid

Sunnitud mehaaniliste võnkumiste amplituud jõuab suurim väärtus juhul, kui liikumapaneva jõu sagedus langeb kokku võnkesüsteemi sagedusega. Seda nähtust nimetatakse resonants.

Näiteks kui tõmbate nööri perioodiliselt õigel ajal tema enda võnkumistega, siis märkame selle võnkumiste amplituudi suurenemist.

Kui liigutada märja sõrmega mööda klaasi serva, kostab klaas helisevat häält. Kuigi sõrm ei ole märgatav, liigub sõrm katkendlikult ja annab klaasile energiat üle lühikeste löökidena, põhjustades klaasi vibratsiooni.

Ka klaasi seinad hakkavad sellele suunates vibreerima. helilaine sagedusega, mis on võrdne tema omaga. Kui amplituud muutub väga suureks, võib klaas isegi puruneda. F.I Chaliapini laulmise ajal tekkinud resonantsi tõttu värisesid (resoneerisid) lühtrite kristallripatsid. Resonantsi tekkimist saab jälgida vannitoas. Kui laulda erineva sagedusega helisid vaikselt, siis ühel sagedusel tekib resonants.

Muusikariistades täidavad resonaatorite rolli nende kehaosad. Inimesel on ka oma resonaator – see on suuõõs, mis võimendab tekitatavaid helisid.

Praktikas tuleb arvestada resonantsi nähtusega. Mõnes olukorras võib see olla kasulik, teises aga kahjulik. Resonantsnähtused võivad põhjustada pöördumatuid kahjustusi erinevatele mehaanilistele süsteemidele, nagu näiteks valesti projekteeritud sillad. Nii varises 1905. aastal kokku Egiptuse sild Peterburis, kui sellest läbi sõitis hobuste eskadrill, ja 1940. aastal USA-s Tacoma sild.

Resonantsnähtust kasutatakse siis, kui väikese jõu abil on vaja saavutada võnkumiste amplituudi suur kasv. Näiteks suure kella rasket keelt saab lükata suhteliselt väikese jõuga sagedusega, mis on võrdne kella omasagedusega.

Selle tunni teema: „Võnkuv liikumine. Vaba vibratsioon. Võnkusüsteemid. Kõigepealt defineerime uut tüüpi liikumist, mida hakkame uurima – võnkuv liikumine. Vaatleme näitena vedrupendli võnkumisi ja defineerime vabavõnkumiste mõiste. Samuti uurime, mis on võnkesüsteemid, ning arutleme võnkumiste eksisteerimiseks vajalike tingimuste üle.

Kõhklus - see on mistahes füüsikalise suuruse perioodiline muutus: temperatuurikõikumised, valgusfoori värvide kõikumised jne (joonis 1).

Riis. 1. Vibratsiooni näited

Vibratsioon on looduses kõige levinum liikumisvorm. Kui puudutame mehaanilise liikumisega seotud küsimusi, siis see on kõige levinum mehaanilise liikumise tüüp. Tavaliselt öeldakse nii: nimetatakse liikumist, mis aja jooksul täielikult või osaliselt kordub kõhklust. Mehaanilised vibratsioonid - see on mehaanilist liikumist iseloomustavate füüsikaliste suuruste perioodiline muutus: keha asend, kiirus, kiirendus.

Vibratsiooninäited: kiige kõikumine, lehtede loksumine ja puude kõikumine tuule mõjul, pendel kellas, inimkeha liikumine.

Riis. 2. Vibratsiooni näited

Kõige tavalisemad mehaanilised võnkesüsteemid on:

• Vedru külge kinnitatud raskus vedru pendel. Pendli ütlemine algkiirus, viiakse see tasakaalust välja. Pendel liigub üles-alla. Vedrupendlis võnkumiste tegemiseks on oluline vedrude arv ja nende jäikus.

Riis. 3. Vedrupendel

• Matemaatiline pendel - tahke riputatud pikal niidil, võnkudes Maa gravitatsiooniväljas.

Riis. 4. Matemaatiline pendel

Tingimused võnkumiste olemasoluks

• Võnkusüsteemi olemasolu. Võnkesüsteem on süsteem, milles võivad esineda võnkumised.

Riis. 5. Näiteid võnkesüsteemidest

• Stabiilse tasakaalu punkt. Just selles punktis toimuvad võnkumised.

Riis. 6. Tasakaalupunkt

Tasakaalupositsioone on kolme tüüpi: stabiilne, ebastabiilne ja ükskõikne. Stabiilne: kui süsteem kipub naasma oma algsesse asendisse vähese välismõjuga. See on stabiilse tasakaalu olemasolu, mis on süsteemis võnkumiste toimumise oluline tingimus.

• Energiavarud, mis põhjustavad vibratsiooni tekkimist. Võnkumised iseenesest ju tekkida ei saa, me peame süsteemi tasakaalust välja viima, et need võnked tekiksid. See tähendab, et anda sellele süsteemile energiat, et hiljem muutuks vibratsioonienergia liikumiseks, mida me kaalume.

Riis. 7 Energiavarud

• Hõõrdejõudude väike väärtus. Kui need jõud on suured, siis ei saa kõikumisest juttugi olla.

Mehaanika põhiprobleemi lahendus vibratsioonide korral

Mehaanilised võnkumised on üks mehaanilise liikumise liike. Mehaanika põhiülesanne on keha asendi määramine igal ajahetkel. Saame mehaaniliste vibratsioonide sõltuvuse seaduse.

Püüame aimata seadust, mis tuleb leida, mitte tuletada seda matemaatiliselt, sest üheksanda klassi teadmiste tasemest karmide matemaatiliste arvutuste tegemiseks ei piisa. Füüsikas kasutatakse seda meetodit sageli. Esiteks püüavad nad ennustada õiglast otsust ja siis tõestavad seda.

Võnkumine on perioodiline või peaaegu perioodiline protsess. See tähendab, et seadus on perioodiline funktsioon. Matemaatikas on perioodilised funktsioonid või .

Seadus ei anna lahendust mehaanika põhiprobleemile, kuna tegemist on mõõtmeteta suurusega ja mõõtühikud on meetrid. Täiustame valemit, lisades siinuse ette kordaja, mis vastab maksimaalsele kõrvalekaldele tasakaaluasendist - amplituudi väärtus: . Pange tähele, et ajaühikud on sekundid. Mõelge, mida see näiteks tähendab? Sellel väljendil pole mõtet. Siinuse all olevat avaldist tuleb mõõta kraadides või radiaanides. Radiaanides mõõdetakse sellist füüsikalist suurust võnkefaasina – tsüklilise sageduse ja aja korrutisena.

Vabasid harmoonilisi võnkumisi kirjeldab seadus:

Seda võrrandit kasutades saate igal ajal leida võnkuva keha asukoha.

Energia ja tasakaal

Mehaaniliste vibratsioonide uurimisel tuleks erilist tähelepanu pöörata tasakaaluasendi mõistele - vibratsiooni olemasolu vajalikule tingimusele.

Tasakaalupositsioone on kolme tüüpi: stabiilne, ebastabiilne ja ükskõikne.

Joonisel 8 on kujutatud kuul, mis on sfäärilises süvendis. Kui pall viiakse tasakaalust välja, mõjuvad sellele järgmised jõud: raskusjõud, mis on suunatud vertikaalselt alla, tugireaktsiooni jõud, mis on suunatud puutujaga risti piki raadiust. Nende kahe jõu vektorsumma on resultant, mis suunatakse tagasi tasakaaluasendisse. See tähendab, et pall kipub naasma oma tasakaaluasendisse. Seda tasakaaluseisundit nimetatakse jätkusuutlik.

Riis. 8. Stabiilne tasakaal

Asetame palli kumerale sfäärilisele rennile ja viime veidi tasakaaluasendist välja (joonis 9). Raskusjõud on endiselt suunatud vertikaalselt allapoole, toe reaktsioonijõud on endiselt puutujaga risti. Nüüd aga on resultantjõud suunatud keha algasendile vastupidises suunas. Pall kipub alla veerema. Seda tasakaaluseisundit nimetatakse ebastabiilne.

Riis. 9. Ebastabiilne tasakaal

Joonisel 10 on pall horisontaaltasandil. Kahe jõu resultant tasapinna mis tahes punktis on sama. Seda tasakaaluseisundit nimetatakse ükskõikne.

Riis. 10. Ükskõikne tasakaal

Stabiilses ja ebastabiilses tasakaalus kipub pall võtma positsiooni, milles ta on potentsiaalne energia on minimaalne.

Iga mehaaniline süsteem kipub spontaanselt võtma positsiooni, kus selle potentsiaalne energia on minimaalne. Näiteks on meil mugavam lamada kui seista.

Seega on vaja kõikumiste olemasolu tingimust täiendada asjaoluga, et tasakaal peab tingimata olema stabiilne.

Kui antud pendlile, võnkesüsteemile anti energiat, siis sellisest tegevusest tulenevaid võnkumisi nimetatakse tasuta. Levinum määratlus: vibratsioone nimetatakse vabaks, mis esinevad ainult toimingu ajal sisemised jõud süsteemid.

Vabavõnkumisi nimetatakse ka antud võnkesüsteemi, antud pendli omavõnkudeks. Vaba vibratsioon on summutatud. Varem või hiljem need tuhmuvad, kuna hõõrdejõud mõjub. Sel juhul, kuigi see on väike väärtus, ei ole see null. Kui ükski lisajõud ei sunni keha liikuma, peatuvad võnked.

Kiiruse ja kiirenduse vs ajaga võrrand

Et aru saada, kas kiirus ja kiirendus võnkumisel muutuvad, pöördume matemaatilise pendli poole.

Pendel viiakse tasakaalust välja ja see hakkab võnkuma. AT äärmuslikud punktid kõikumised, kiirus muudab suunda ja tasakaalupunktis on kiirus maksimaalne. Kui kiirus muutub, on kehal kiirendus. Kas sellist liikumist kiirendatakse ühtlaselt? Muidugi mitte, sest kiiruse kasvades (vähenedes) muutub ka selle suund. See tähendab, et muutub ka kiirendus. Meie ülesanne on saada seadused, mille järgi kiiruse projektsioon ja kiirenduse projektsioon ajas muutuvad.

Koordinaat muutub ajas harmoonilise seaduse järgi, vastavalt siinuse või koosinuse seadusele. Loogiline on eeldada, et vastavalt harmoonilisele seadusele muutuvad ka kiirus ja kiirendus.

Koordinaatide muutmise seadus:

Seadus, mille kohaselt kiiruse projektsioon aja jooksul muutub:

See seadus on samuti harmooniline, kuid kui koordinaat muutub ajas siinusseaduse järgi, siis kiiruse projektsioon - koosinusseaduse järgi. Tasakaaluasendis on koordinaat null, samal ajal kui kiirus tasakaaluasendis on maksimaalne. Ja vastupidi, kus koordinaat on maksimaalne, on kiirus null.

Seadus, mille kohaselt kiirenduse projektsioon aja jooksul muutub:

Miinusmärk ilmub seetõttu, et koordinaadi suurendamisel on taastav jõud suunatud vastupidises suunas. Newtoni teise seaduse järgi on kiirendus suunatud tekkiva jõuga samas suunas. Seega, kui koordinaat kasvab, kasvab kiirendus absoluutväärtuses, kuid vastupidiselt suunas ja vastupidi, mida näitab võrrandis miinusmärk.

Bibliograafia

1. Kikoin A.K. Võnkumise seadusest // Kvant. - 1983. - nr 9. - S. 30-31.
2. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Füüsika: õpik. 9 raku jaoks. keskm. kool - M.: Valgustus, 1992. - 191 lk.
3. Chernoutsan A.I. Harmoonilised vibratsioonid - tavalised ja hämmastavad // Kvant. - 1991. - nr 9. - S. 36-38.
4. Sokolovitš Yu.A., Bogdanova G.S. Füüsika: teatmeteos probleemide lahendamise näidetega. - 2. trükk, ümberjagamine. - X .: Vesta: kirjastus "Ranok", 2005. - 464 lk.

1. Interneti-portaal "youtube.com" ()
2. Internetiportaal "eduspb.com" ()
3. Interneti-portaal "physics.ru" ()
4. Interneti-portaal "its-physics.org" ()

Kodutöö

1. Mis on vaba vibratsioon? Tooge mõned näited sellistest kõikumistest.
2. Arvuta pendli vabavõnkumiste sagedus, kui selle keerme pikkus on 2 m Tee kindlaks, kui kaua kestab sellise pendli 5 võnkumist.
3. Mis on vedrupendli vabavõnkumiste periood, kui vedru jäikus on 50 N/m ja koormuse mass on 100 g?

Olemas erinevad tüübid võnkumised füüsikas, mida iseloomustavad teatud parameetrid. Mõelge nende peamistele erinevustele, klassifitseerimisele erinevate tegurite järgi.

Põhimääratlused

Võnkumise all mõistetakse protsessi, kus regulaarsete ajavahemike järel on liikumise põhiomadustel samad väärtused.

Selliseid võnkumisi nimetatakse perioodilisteks, milles põhisuuruste väärtusi korratakse korrapäraste ajavahemike järel (võnkumiste periood).

Võnkumisprotsesside mitmekesisus

Vaatleme põhilisi võnkumiste liike, mis eksisteerivad fundamentaalfüüsikas.

Vaba vibratsioon on selline, mis tekib süsteemis, mis ei allu pärast esialgset lööki välistele muutuvatele mõjudele.

Vabavõnkumiste näide on matemaatiline pendel.

Seda tüüpi mehaanilised vibratsioonid, mis tekivad süsteemis välise muutuva jõu toimel.

Klassifikatsiooni tunnused

Kõrval füüsiline olemus eristage järgmist tüüpi võnkuvaid liikumisi:

• mehaaniline;
• soojus;
• elektromagnetiline;
• segatud.

Vastavalt keskkonnaga suhtlemise võimalusele

Vibratsiooni tüübid koostoimel keskkond eristada mitut rühma.

Sundvõnkumised tekivad süsteemis välise perioodilise tegevuse toimel. Seda tüüpi võnkumise näidetena võime käsitleda käte, lehtede liikumist puudel.

Sunnitud harmooniliste võnkumiste korral võib tekkida resonants, milles kell võrdsed väärtused välistegevuse sagedus ja ostsillaator järsu amplituudi suurenemisega.

Loomulikud vibratsioonid süsteemis sisejõudude mõjul pärast selle tasakaalust välja viimist. Lihtsaim vabavibratsiooni variant on keermele riputatud või vedru külge kinnitatud koormuse liikumine.

Isevõnkumisi nimetatakse tüüpideks, mille puhul süsteemil on teatud varu potentsiaalne energia hakkab tegema võnkeid. tunnusmärk nende põhjuseks on asjaolu, et amplituudi iseloomustavad süsteemi enda omadused, mitte algtingimused.

Juhuslike võnkumiste korral on väliskoormusel juhuslik väärtus.

Võnkuvate liikumiste põhiparameetrid

Kõikidel võnkumiste tüüpidel on teatud omadused, mida tuleks eraldi mainida.

Amplituud on maksimaalne kõrvalekalle tasakaaluasendist, kõikuva väärtuse hälve, seda mõõdetakse meetrites.

Periood on ühe täieliku võnkumise aeg, mille järel korratakse süsteemi karakteristikuid, arvutatuna sekundites.

Sagedus määratakse võnkumiste arvuga ajaühikus, see on pöördvõrdeline võnkeperioodiga.

Võnkefaas iseloomustab süsteemi olekut.

Iseloomulik harmoonilistele vibratsioonidele

Seda tüüpi võnkumised toimuvad koosinuse või siinuse seaduse järgi. Fourier'l õnnestus kindlaks teha, et mis tahes perioodilist võnkumist saab esitada harmooniliste muutuste summana, laiendades teatud funktsiooni

Näiteks vaatleme pendlit, millel on teatud periood ja tsükliline sagedus.

Mis iseloomustab seda tüüpi võnkumisi? Füüsika käsitleb idealiseeritud süsteemi, mis koosneb materiaalsest punktist, mis on riputatud kaalutu venimatu niidi küljes, võnkub gravitatsiooni mõjul.

Seda tüüpi vibratsioonidel on teatud energiahulk, need on looduses ja tehnikas levinud.

Pikaajalise võnkeliikumise korral muutuvad selle massikeskme koordinaadid ning vahelduvvoolu korral voolu ja pinge väärtus ahelas.

Harmooniliste võnkumiste tüübid on erinevad vastavalt nende füüsikalisele olemusele: elektromagnetilised, mehaanilised jne.

Raputamine toimib sundvibratsioonina sõidukit, mis liigub konarlikul teel.

Peamised erinevused sunnitud ja vaba vibratsiooni vahel

Seda tüüpi elektromagnetilised võnkumised erinevad füüsilised omadused. Keskmise takistuse ja hõõrdejõudude olemasolu põhjustavad vabade võnkumiste summutamist. Sundvõnkumiste korral kompenseeritakse energiakaod selle täiendava tarnimisega välisest allikast.

Vedrupendli periood seostab keha massi ja vedru jäikust. Matemaatilise pendli puhul oleneb see niidi pikkusest.

Teadaoleva perioodiga on võimalik arvutada võnkesüsteemi omasagedus.

Tehnoloogias ja looduses on kõikumisi erinevad väärtused sagedused. Näiteks pendel, mis õõtsub Püha Iisaku katedraal Peterburi sagedus on 0,05 Hz, aatomite puhul aga mitu miljonit megahertsi.

Teatud aja möödudes täheldatakse vabade võnkumiste sumbumist. Seetõttu kasutatakse reaalses praktikas sundvõnkumisi. Need on nõudlikud mitmesuguste vibratsioonimasinate järele. Vibrohaamer on löök-vibratsioonimasin, mis on ette nähtud torude, vaiade ja muude metallkonstruktsioonide maasse löömiseks.

Elektromagnetilised vibratsioonid

Vibratsioonirežiimide omadused hõlmavad peamiste füüsikaliste parameetrite analüüsi: laeng, pinge, voolutugevus. Elementaarsüsteemina, mida kasutatakse elektromagnetiliste võnkumiste vaatlemiseks, on võnkeahel. See moodustatakse mähise ja kondensaatori järjestikuse ühendamise teel.

Kui ahel on suletud, tekivad selles vabad elektromagnetilised võnked, mis on seotud perioodiliste muutustega elektrilaeng kondensaatoril ja voolul mähises.

Need on vabad tänu sellele, et nende sooritamisel puudub väline mõju, vaid kasutatakse ainult vooluringi endasse salvestatud energiat.

Välise mõju puudumisel täheldatakse teatud aja möödudes elektromagnetilise võnkumise nõrgenemist. Selle nähtuse põhjuseks on kondensaatori järkjärguline tühjenemine, aga ka mähise tegelik takistus.

Seetõttu tekivad reaalses vooluringis summutatud võnkumised. Kondensaatori laengu vähendamine viib energia väärtuse vähenemiseni võrreldes selle algse väärtusega. Järk-järgult vabaneb see ühendusjuhtmetele ja mähisele soojuse kujul, kondensaator tühjeneb täielikult ja elektromagnetiline võnkumine lõpeb.

Kõikumiste tähtsus teaduses ja tehnoloogias

Kõik liigutused, millel on teatud kordusaste, on võnkumised. Näiteks matemaatilist pendlit iseloomustab süstemaatiline kõrvalekalle mõlemas suunas algsest vertikaalasendist.

Vedrupendli puhul vastab üks täielik võnkumine selle liikumisele üles-alla algasendist.

Elektriahelas, millel on mahtuvus ja induktiivsus, toimub kondensaatori plaatidel laengu kordumine. Mis on võnkuvate liikumiste põhjus? Pendel toimib tänu sellele, et gravitatsioon naaseb selle algsesse asendisse. Vedrumudeli puhul täidab sarnast funktsiooni vedru elastsusjõud. Tasakaaluasendist möödudes on koormusel teatud kiirus, seetõttu liigub see inertsi abil keskmisest olekust mööda.

Elektrilisi võnkumisi saab seletada potentsiaalide erinevusega, mis eksisteerib laetud kondensaatori plaatide vahel. Isegi kui see on täielikult tühjenenud, vool ei kao, see laetakse uuesti.

AT moodne tehnoloogia kasutatakse fluktuatsioone, mis erinevad oluliselt nii oma olemuse, kordusastme, olemuse kui ka esinemise "mehhanismi" poolest.

Mehaaniline vibratsioon loob nöörid Muusikariistad, merelained, pendel. Erinevate interaktsioonide läbiviimisel võetakse arvesse reagentide kontsentratsiooni muutumisega seotud keemilisi kõikumisi.

Elektromagnetilised võnked võimaldavad luua erinevaid tehnilisi seadmeid, näiteks telefoni, ultraheli meditsiiniseadmeid.

Astrofüüsikas pakuvad erilist huvi tsefeidide heleduse kõikumised, mida uurivad erinevate riikide teadlased.

Järeldus

Igat tüüpi kõikumised on tihedalt seotud tohutu hulga tehniliste protsessidega ja füüsikalised nähtused. Suurepärased on nad praktiline väärtus lennukiehituses, laevaehituses, ehituses elamukompleksid, elektrotehnika, raadioelektroonika, meditsiin, fundamentaalteadus. Tüüpilise võnkeprotsessi näide füsioloogias on südamelihase liikumine. Mehaanilisi vibratsioone leidub orgaanilises ja anorgaanilises keemias, meteoroloogias ja ka paljudes teistes loodusteadustes.

Esimesed matemaatilise pendli uuringud viidi läbi seitsmeteistkümnendal sajandil ja üheksateistkümnenda sajandi lõpuks suutsid teadlased kindlaks teha elektromagnetiliste võnkumiste olemuse. Raadioside "isaks" peetav vene teadlane Aleksandr Popov viis oma katsed läbi just elektromagnetiliste võnkumiste teooriale, Thomsoni, Huygensi ja Rayleighi uurimistulemustele tuginedes. Tal õnnestus leida praktiline kasutamine elektromagnetlaineid, kasutage neid raadiosignaali edastamiseks pika vahemaa tagant.

Akadeemik P. N. Lebedev viis aastaid läbi katseid, mis olid seotud kõrgsageduslike elektromagnetiliste võnkumiste tootmisega vahelduvate elektriväljade abil. Läbi arvukate eksperimentide, mis on seotud erinevat tüüpi kõikumiste tõttu õnnestus teadlastel leida nende optimaalse kasutuse valdkonnad kaasaegne teadus ja tehnoloogia.