أنواع التذبذبات وتعريفاتها. الاهتزازات: ميكانيكية وكهرومغناطيسية

1. التقلبات.

2. الاهتزازات الميكانيكية.

3. تحويلات الطاقة أثناء الاهتزازات الميكانيكية.

4. فترة التذبذبات.

5. تردد التذبذب.

6. تردد التذبذب الدوري.

7. سعة التذبذبات الميكانيكية.

8. الاهتزازات التوافقية.

9. مرحلة التذبذب التوافقي.

10. التمثيل التحليلي للتذبذبات.

11. تمثيل رسومي للاهتزازات.

12. سرعة النقطة في التذبذب التوافقي.

13. تسارع نقطة في التذبذب التوافقي.

14. ديناميات التذبذب التوافقي.

15. فترة التذبذب لبندول الربيع.

16. البندول الرياضي. قوة شبه مرنة.

17. اهتزازات الجسم الطافية على سطح سائل.

18. تذبذبات سائل متجانس في أنبوب على شكل حرف U.

19. اهتزازات الجسم في وعاء كروي.

20. طاقة التذبذب التوافقي.

21. الاهتزازات المخففة.

22. الاهتزازات القسرية.

23. الرنين.

24. الاهتزازات الحرة. التردد الخاص.

25. التذبذبات الذاتية.

1. تقلبات.تسمى التذبذبات عمومًا بالتغيرات الدورية في حالة النظام ، والتي فيها قيم مختلفة كميات فيزيائيةتميز هذا النظام. على سبيل المثال ، التغيرات الدورية في ضغط الهواء وكثافته والجهد والتيار الكهربائي هي تقلبات في هذه الكميات.

من الناحية الحسابية ، تعني الدورية أنه إذا - هي دالة دورية للوقت مع فترة تي، ثم لأي رالمساواة

2. الاهتزازات الميكانيكية- حركات الجسم التي تتكرر تمامًا أو تقريبًا تمامًا على فترات منتظمة.

تحدث الاهتزازات الميكانيكية في الأنظمة التي لها وضع توازن مستقر. وفقًا لمبدأ الحد الأدنى من الطاقة الكامنة ، في وضع التوازن المستقر ، تكون الطاقة الكامنة للنظام ضئيلة. عندما يتم إخراج الجسم من وضع التوازن المستقر ، تزداد طاقته الكامنة. في هذه الحالة ، تنشأ قوة موجهة إلى وضع التوازن (القوة العائدة) ، وكلما زاد انحراف الجسم عن وضع التوازن ، زادت طاقته الكامنة وزادت وحدة قوة الاستعادة. على سبيل المثال ، عندما ينحرف البندول الزنبركي عن موضع التوازن ، فإن دور قوة الاستعادة يتم لعبه بواسطة القوة المرنة ، والتي يتغير معاملها بما يتناسب مع الانحراف ، حيث Xانحراف البندول عن وضعية التوازن. تتغير الطاقة الكامنة لبندول الربيع بما يتناسب مع مربع الإزاحة.

وبالمثل ، توجد اهتزازات في بندول خيطي وكرة تتحرك على طول قاع وعاء كروي نصف قطره ص، والذي يمكن اعتباره بندول خيطي بطول خيط يساوي نصف قطر الوعاء (الشكل 78).

3.تحويلات الطاقة أثناء الاهتزازات الميكانيكية. إذا لم تكن هناك قوى احتكاك ، فإن الطاقة الميكانيكية الكلية للجسم المتأرجح تظل ثابتة. في عملية التذبذبات ، تحدث تحولات متبادلة دورية للطاقة الكامنة والحركية للجسم. دعونا نفكر في مثال تذبذبات بندول الخيط. لتبسيط الاستدلال ، نأخذ الطاقة الكامنة للبندول في موضع التوازن تساوي صفرًا. في وضع الانحراف الشديد ، تكون الطاقة الكامنة للبندول هي القصوى ، والطاقة الحركية هي صفر ، لأن. في هذا الموقف البندول في حالة راحة. عند الانتقال إلى وضع التوازن ، ينخفض ​​ارتفاع البندول فوق سطح الأرض ، وتنخفض الطاقة الكامنة ، بينما تزداد سرعته وطاقته الحركية. في وضع التوازن ، الطاقة الكامنة هي صفر ، والطاقة الحركية هي القصوى. استمرارًا في التحرك عن طريق القصور الذاتي ، يمر البندول في وضع التوازن. بعد اجتياز وضع التوازن ، تقل الطاقة الحركية للبندول ، لكن طاقته الكامنة تزداد. عندما يتوقف البندول ، ستصبح طاقته الحركية مساوية للصفر ، وستصل الطاقة الكامنة إلى الحد الأقصى وسيتكرر كل شيء بالترتيب العكسي.

وفقًا لقانون حفظ الطاقة ، فإن الطاقة الكامنة للبندول في الوضع المنحرف الشديد تساوي طاقته الحركية في لحظة المرور عبر وضع التوازن.

في عملية التذبذب في أي لحظة من الزمن ، تكون الطاقة الميكانيكية الكلية للبندول مساوية لإمكاناته في وضع الانحراف الشديد أو الطاقة الحركية في لحظة اجتياز وضع التوازن

حيث ارتفاع البندول في أقصى وضع منحرف ، السرعة في لحظة المرور من خلال وضع التوازن.

4. فترة التذبذب- الحد الأدنى للفترة الزمنية التي تتكرر بعدها الحركة ، أو الفترة الزمنية التي يحدث خلالها تذبذب واحد كامل. فترة ( تي) بالثواني.

5. تردد التذبذب- يحدد عدد التذبذبات الكاملة التي يتم إجراؤها في ثانية واحدة. التردد والفترة مرتبطة بـ

يتم قياس التردد بالهرتز (هرتز). واحد هرتز هو تذبذب كامل في ثانية واحدة.

6. التردد الدوري أو التردد الدائرييحدد عدد التذبذبات الكاملة في الثانية

التردد هو قيمة موجبة ،.

7. سعة الاهتزازات الميكانيكيةهو أقصى انحراف للجسم عن وضع التوازن. في الحالة العامة للتذبذبات ، السعة هي القيمة القصوى التي تأخذها الكمية المادية المتغيرة بشكل دوري.

8. الاهتزازات التوافقية- التذبذبات التي تتغير فيها القيمة المتذبذبة وفقًا لقانون الجيب أو جيب التمام (وفقًا للقانون التوافقي):

هنا سعة التذبذب ، التردد الدوري.

9. مرحلة التذبذب التوافقي -ضخامة , يقف تحت علامة الجيب أو جيب التمام. تحدد المرحلة قيمة الكمية المتغيرة في وقت معين ، المرحلة الأولية ، أي في لحظة بداية المرجع الزمني أبسط مثال على التذبذبات التوافقية هو تذبذب الإسقاط على محاور إحداثيات النقطة متتحرك بشكل موحد على طول دائرة نصف قطرها لكنفي الطائرة XOY، الذي يتطابق مركزه مع الأصل (الشكل 79)

من أجل البساطة ، قمنا بتعيين ، أي ومن بعد

يمكن اعتبار العديد من الأنظمة التذبذبية المعروفة تقريبًا متناسقة فقط تقريبًا للانحرافات الصغيرة جدًا. الشرط الرئيسي للتذبذب التوافقي هو ثبات التردد الدوري والسعة. على سبيل المثال ، عندما يتأرجح بندول الخيط ، تتغير زاوية الانحراف عن الرأسي بشكل غير متساو ، أي التردد الدوري ليس ثابتًا. إذا كانت الانحرافات صغيرة جدًا ، فإن حركة البندول تكون بطيئة جدًا ويمكن إهمال تفاوت الحركة ، على افتراض. وكلما كانت الحركة أبطأ ، قلت مقاومة الوسيط ، وانخفض فقدان الطاقة وصغر التغير في السعة.

وبالتالي ، يمكن اعتبار التذبذبات الصغيرة متناسقة تقريبًا.

10. التمثيل التحليلي للاهتزازات- تسجيل القيمة المتذبذبة في شكل دالة تعبر عن اعتماد القيمة على الوقت.

11. تمثيل رسومي للاهتزازات -تمثيل التذبذبات في شكل رسم بياني لوظيفة في محوري الإحداثيات OX و ر.

على سبيل المثال ، تتم كتابة التذبذبات التوافقية التحليلية كـ ، ويصور تمثيلها الرسومي على أنه خط جيبي - خط صلب في الشكل 80.

12.سرعة النقطة في التذبذب التوافقي- نحصل ، عن طريق التفريق بين الوقت ، على الوظيفة X(ر)

أين سعة السرعة متناسبة مع التردد الدوري وسعة الإزاحة.

إذن السرعة الخامسوفقًا لقانون الجيب في نفس الفترة تي ،وهو الإزاحة Xداخل . مرحلة السرعة تقود مرحلة الإزاحة بمقدار. هذا يعني أن السرعة تكون قصوى عندما تتجاوز النقطة موضع التوازن ، وعند أقصى إزاحة للنقطة ، تكون سرعتها صفرًا. يتم تمثيل الرسم البياني للسرعة بخط منقط في الشكل 80

13. تسارع نقطة أثناء التذبذبات التوافقيةتم الحصول عليها عن طريق تمييز السرعة فيما يتعلق بالوقت أو التفريق بين الإزاحة Xمرتين في الوقت المناسب:

أين تتناسب سعة التسارع مع سعة الإزاحة ومربع التردد الدوري.

يتغير تسارع نقطة أثناء التذبذبات التوافقية وفقًا لقانون الجيب مع نفس الفترة تي، وهو التحول في الداخل مرحلة التسارع تقود مرحلة الإزاحة. العجلة تساوي صفرًا في اللحظة التي تمر فيها النقطة بموضع التوازن. في الشكل 81 ، يظهر الرسم البياني للتسارع بخط منقط ، والخط الصلب يصور مخطط الإزاحة.

علمًا أننا نكتب العجلة في الصورة

أولئك. يتناسب التسارع في التذبذب التوافقي مع الإزاحة ويتم توجيهه دائمًا نحو وضع التوازن (مقابل الإزاحة). بالابتعاد عن وضع التوازن ، تتحرك النقطة بسرعة ، تقترب من موضع التوازن ، تتحرك النقطة بسرعة.

14. ديناميات التذبذب التوافقي.بضرب تسارع النقطة التي تصنع التذبذب التوافقي ، في كتلته ، نحصل ، وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، على القوة المؤثرة على هذه النقطة

دلالة نكتب الآن القوة المؤثرة على النقطة

ويترتب على المساواة الأخيرة أن التذبذبات التوافقية ناتجة عن قوة تتناسب مع الإزاحة وموجهة ضد الإزاحة ، أي إلى وضع التوازن.

15. فترة تذبذب البندول الربيعي.يتأرجح البندول الزنبركي تحت تأثير القوة المرنة

تسبب القوة المتناسبة مع الإزاحة والموجهة نحو وضع التوازن اهتزازات توافقية للنقطة. لذلك ، فإن اهتزازات البندول الزنبركي متناسقة. معامل الصلابة هو

مع الأخذ في الاعتبار أننا نحصل على فترة التذبذب الحر للبندول الربيعي

تردد نواس الربيع هو

.

15. البندول الرياضي- نقطة مادية معلقة على خيط رفيع بشكل لا نهائي ، عديم الوزن ، غير قابل للتمدد ، يتأرجح في مستوى عمودي ، تحت تأثير الجاذبية.

يمكن اعتبار الحمل المعلق على خيط ، أبعاده ضئيلة مقارنة بطول الخيط ، تقريبًا بندول رياضي. غالبًا ما يسمى هذا البندول بندول الخيط.

ضع في اعتبارك التذبذبات الصغيرة للبندول الرياضي مع الطول ل. في وضع التوازن ، يتم موازنة قوة الجاذبية بالتوتر في الخيط ، أي .

إذا قمنا بحرف البندول بزاوية صغيرة ، فإن قوة الجاذبية وقوة التوتر ، الموجهة بزاوية مع بعضهما البعض ، تضاف إلى القوة الناتجة ، والتي يتم توجيهها نحو وضع التوازن. في الشكل 82 ، يكون انحراف البندول عن العمودي هو

الزاوية صغيرة جدًا لدرجة أن التردد الدوري ، أي يمكن اعتبار السرعة الزاوية لدوران الخيط ثابتة. لذلك ، نكتب إزاحة البندول في الصورة

وبالتالي ، فإن التذبذبات الصغيرة للبندول الرياضي هي اهتزازات توافقية. من التين. 82 ويترتب على ذلك أن القوة ولكن لذلك

أين م ، ز ،و لقيم ثابتة. دعونا نشير ونحصل على وحدة قوة الاستعادة في الشكل. إذا أخذنا في الاعتبار أن القوة موجهة دائمًا نحو وضع التوازن ، أي ضد التحيز ، ثم نكتب تعبيره في الشكل.

لذا ، فإن القوة التي تسبب تذبذبات البندول الرياضي تتناسب طرديًا مع الإزاحة وموجهة ضد الإزاحة ، كما في حالة تذبذبات البندول الربيعي ، أي أن طبيعة هذه القوة هي نفس القوة المرنة. لكن القوة المرنة بطبيعتها هي قوة كهرومغناطيسية. القوة التي تسبب تذبذبات البندول الرياضي هي بطبيعتها قوة جاذبية - غير كهرومغناطيسية ، لذلك تسمى شبه مرنبالقوة. أي قوة تعمل كقوة مرنة ليست كهرومغناطيسية بطبيعتها تسمى قوة شبه مرنة. هذا يسمح لنا بكتابة التعبير عن فترة تذبذب البندول الرياضي في النموذج

.

ويترتب على هذه المساواة أن فترة تذبذب البندول الرياضي لا تعتمد على كتلة البندول ، ولكنها تعتمد على طوله وتسارع السقوط الحر. بمعرفة فترة تذبذب البندول الرياضي وطوله ، من الممكن تحديد تسارع السقوط الحر عند أي نقطة على سطح الأرض.

17. اهتزازات الجسم الطافية على سطح سائل.من أجل التبسيط ، ضع في اعتبارك جسمًا من الكتلة معلى شكل اسطوانة بمساحة قاعدية س.يطفو الجسم جزئيًا مغمورًا في سائل كثافته (الشكل 83).

دع عمق الغمر في وضع التوازن. في هذه الحالة ، القوة المحصلة لأرخميدس وقوة الجاذبية تساوي الصفر

.

إذا قمت بتغيير عمق الغمر إلى Xعندها ستصبح قوة أرخميدس متساوية ومعامل القوة المحصلة Fيصبح مختلفًا عن الصفر

بشرط نحن نحصل

الدلالة ، معامل القوة Fكما

إذا زاد عمق الغمر ، أي يتحرك الجسم لأسفل ، وتصبح قوة أرخميدس أكبر من قوة الجاذبية والنتيجة Fموجه لأعلى ، أي ضد النزوح. إذا انخفض عمق الغمر ، أي ينزاح لأعلى من وضع التوازن ، تصبح قوة أرخميدس أقل من قوة الجاذبية والنتيجة Fموجه نحو الأسفل ، أي ضد النزوح.

إذن القوة Fدائمًا ما يكون موجهًا ضد الإزاحة ويكون معامله متناسبًا مع الإزاحة

هذه القوة شبه مرنة وتسبب اهتزازات توافقية لجسم يطفو على سطح سائل. يتم حساب فترة هذه التذبذبات بالصيغة الشائعة للتذبذبات التوافقية

.

18. تذبذبات سائل متجانس في أنبوب على شكل حرف U. دع سائل متجانس من الكتلة م، يتم سكب كثافتها في أنبوب على شكل حرف U ، مساحة المقطع العرضي التي س(الشكل 84) في حالة التوازن ، تكون ارتفاعات الأعمدة في كلا مرفقي الأنبوب هي نفسها ، وفقًا لقانون الأوعية المتصلة لسائل متجانس.

إذا تم إخراج السائل من التوازن ، فإن ارتفاعات الأعمدة السائلة في الركبتين ستتغير بشكل دوري ، أي سوف يتأرجح السائل في الأنبوب.

دع في وقت ما يكون ارتفاع العمود السائل في الركبة اليمنى Xأكثر. من جهة اليسار. هذا يعني أن السائل في الأنبوب يتأثر بجاذبية السائل في عمود بارتفاع X، أين حجم عمود السائل مع الارتفاع x. المنتج ثابت ، لذلك.

إذن ، معامل القوة Fيتناسب مع الاختلاف في ارتفاعات الأعمدة السائلة في الأكواع ، أي يتناسب مع إزاحة السائل في الأنبوب. يكون اتجاه هذه القوة دائمًا عكس الإزاحة ، أي

لذلك ، تسبب هذه القوة اهتزازات توافقية للسائل في الأنبوب. نكتب فترة هذه التذبذبات وفقًا لقاعدة التذبذبات التوافقية

19. اهتزازات الجسم في وعاء كروي.دع الجسم ينزلق بدون احتكاك في وعاء كروي نصف قطره ص(الشكل 78). مع الانحرافات الصغيرة عن وضع التوازن ، يمكن اعتبار اهتزازات هذا الجسم بمثابة اهتزازات توافقية لبندول رياضي ، طوله يساوي ص، بنقطة تساوي

20. طاقة التذبذب التوافقي. كمثال ، ضع في اعتبارك تذبذب البندول الربيعي. عند الإزاحة X

إذا كانت قوة الاحتكاك عالية جدًا ، فلن تحدث التذبذبات المخففة. الجسم ، الذي خرج من التوازن من قبل أي قوى ، بعد انتهاء عمل هذه القوى ، يعود إلى وضع التوازن ويتوقف. تسمى هذه الحركة غير الدورية (غير دورية). يظهر الرسم البياني للحركة غير الدورية في الشكل 86.

22. الاهتزازات القسرية- التذبذبات غير المثبطة للنظام ، والتي تسببها قوى خارجية تتغير بشكل دوري بمرور الوقت (قوى التأثير).

إذا تغيرت القوة الدافعة وفقًا للقانون التوافقي

، حيث يكون اتساع القوة الدافعة هو ترددها الدوري ، يمكن إنشاء التذبذبات التوافقية القسرية بتردد دوري مساوٍ لتردد القوة الدافعة في النظام

.

23. صدى- زيادة حادة في سعة التذبذبات القسرية عندما يتزامن تردد القوة الدافعة مع تردد التذبذبات الحرة للنظام. إذا حدث التذبذب في وسط مقاوم ، فإن مخطط اعتماد اتساع التذبذبات القسرية على تردد القوة الدافعة يبدو كما في الشكل 87.

يمكن للقوة الدافعة ، التي يتزامن ترددها مع تردد التذبذبات الحرة للنظام ، حتى مع السعات الصغيرة جدًا للقوة الدافعة ، أن تسبب تذبذبات ذات سعة كبيرة جدًا.

24. الاهتزازات الحرة. التردد الطبيعي للنظام.الاهتزازات الحرة هي اهتزازات نظام تحدث تحت تأثير قواه الداخلية. بالنسبة للبندول الربيعي ، القوة الداخلية هي القوة المرنة. بالنسبة إلى البندول الرياضي ، الذي يتكون من البندول نفسه والأرض ، فإن القوة الداخلية هي الجاذبية. بالنسبة لجسم عائم على سطح سائل ، فإن القوة الداخلية هي قوة أرخميدس.

25. التذبذبات الذاتية- التذبذبات غير المثبطة التي تحدث في الوسط ، بسبب مصدر طاقة ليس له خصائص تذبذبية ، لتعويض فقد الطاقة للتغلب على قوى الاحتكاك. تستقبل أنظمة التذبذب الذاتي أجزاء متساوية من الطاقة على فترات زمنية متساوية ، على سبيل المثال ، بعد فترة واحدة. الساعات هي مثال على نظام التأرجح الذاتي.

الجامعة التقنية الوطنية البيلاروسية

قسم "الفيزياء التقنية"

مختبر الميكانيكا والفيزياء الجزيئية

تقرير

للعمل المخبري SP 1

“الاهتزازات والأمواج.

أنجز بواسطة: طالب gr 107624

Khikhol I.P.

فحص بواسطة: Fedotenko A.V.

مينسك 2004

أسئلة:

ما تسمى الحركة المتذبذبة؟ أنواع التقلبات؟ ما تسمى الاهتزازات التوافقية؟ الخصائص الأساسية للتذبذب التوافقي.

ما تسمى الاهتزازات الحرة؟ أعط أمثلة على الاهتزازات الحرة.

ما تسمى الاهتزازات بالقوة؟ أعط أمثلة على التذبذبات القسرية.

صف عملية تحويل الطاقة أثناء الحركة التذبذبية المتناغمة ، باستخدام مثال البندول الرياضي أو الربيعي.

بأي صيغة يتم تحديد إجمالي الطاقة الميكانيكية أثناء التذبذب التوافقي للجسم في لحظة اجتياز نقطة التوازن ونقاط الحركة القصوى.

لماذا تخمد التذبذبات الحرة للبندول؟ ما هي الظروف التي يمكن أن تتأرجح فيها اهتزازات البندول؟

ما هو الرنين الميكانيكي؟ ما هي حالة الرنين؟ أنواع الرنين. أمثلة على أنظمة الرنين. أعط مثالا على مظهر مفيد وضار للرنين.

ما هو نظام التذبذب الذاتي؟ أعط مثالا لجهاز للحصول على التذبذبات الذاتية. ما الفرق بين التذبذبات الذاتية والتذبذبات القسرية والحرة؟

ما يسمى الموجة؟ الخصائص الرئيسية لعملية الموجة. أنواع الموجات.

ما هي الموجات التي تسمى عرضية وطولية؟ ما الفرق بينهم؟ أعط أمثلة على الموجات المستعرضة والطولية؟

أي موجة تسمى خطية ، كروية ، مستوية؟ ما هي الخصائص التي يمتلكونها؟

كيف تنعكس الأمواج من عائق؟ ما هي الموجة الواقفة؟ خصائصه الرئيسية. أعط أمثلة.

تطبيق عمليات الموجة. كيف يتم ترتيب هوائي التلسكوب الراديوي؟

الموجات الصوتية وتطبيقاتها.

الإجابات:

1 التذبذبات هي عمليات تختلف بدرجة أو بأخرى من التكرار.

هناك اهتزازات: ميكانيكية ، كهرومغناطيسية ، كهروميكانيكية.

التذبذبات التوافقية هي تلك التذبذبات التي تتغير فيها القيمة المتذبذبة وفقًا لقانون الخطيئة أو قانون جيب التمام.

الخصائص الرئيسية للتذبذب التوافقي: السعة ، الطول الموجي ، التردد.

2 تسمى التذبذبات الحرة: التذبذبات التي تحدث في نظام تُرك لنفسه بعد دفعه أو إخراجه من التوازن

مثال على الاهتزازات الحرة: اهتزازات كرة معلقة على خيط.

3 تسمى التذبذبات القسرية: التذبذبات ، التي يتعرض خلالها النظام المتذبذب لقوة خارجية متغيرة بشكل دوري.

مثال على الاهتزازات القسرية: اهتزازات الجسر التي تحدث عندما يمشي الناس على طوله ، ويمشون في خطوة.

4 في حركة متذبذبة بشكل متناغم ، تنتقل الطاقة من الحركية إلى الطاقة الكامنة والعكس صحيح. مجموع الطاقات يساوي الطاقة القصوى.

5 وفقًا للصيغة ، يتم تحديد إجمالي الطاقة الميكانيكية أثناء التذبذب التوافقي للجسم في لحظة اجتياز نقطة التوازن ،
نقاط الحركة القصوى.

6 تذبذب التذبذبات الحرة للبندول حيث يتأثر الجسم بقوة تمنع حركته (قوى الاحتكاك ، المقاومة).

يمكن أن تصبح تذبذبات البندول غير مخمد إذا تم توفير الطاقة باستمرار.

7 الرنين - أقصى زيادة في السعة.

حالة الرنين: عندما يجب أن يتطابق التردد الطبيعي للنظام مع الترجمة.

أمثلة على أنظمة الرنين:

مثال على مظهر مفيد للرنين: يستخدم في الصوتيات ، هندسة الراديو (مستقبل الراديو). مثال على مظهر ضار للرنين: تدمير الجسور عندما تمر الأعمدة فوقها.

8 نظام التذبذب الذاتي - هذه تذبذبات مصحوبة بتأثير القوى الخارجية على النظام التذبذب ، ومع ذلك ، فإن لحظات الوقت التي يتم فيها تنفيذ هذه التأثيرات يتم تعيينها بواسطة النظام التذبذب نفسه - يتحكم النظام نفسه في القوى الخارجية.

مثال على جهاز للحصول على التذبذبات الذاتية: ساعة يتلقى فيها البندول صدمات بسبب طاقة الوزن المرتفع أو الزنبرك الملتوي ، وتحدث هذه الصدمات في اللحظة التي يمر فيها البندول عبر الموضع الأوسط.

الفرق بين التذبذبات الذاتية والتذبذبات القسرية والحرة هو أن الطاقة يتم توفيرها لهذا النظام من الخارج ، ولكن يتم التحكم في مصدر الطاقة هذا بواسطة النظام نفسه.

9 الموجة هي تذبذب ينتشر عبر الفضاء بمرور الوقت.

خصائص عملية الموجة: الطول الموجي ، سرعة انتشار الموجة ، سعة الموجة

الموجات عرضية وطولية.

10 الموجات المستعرضة - تتأرجح جسيمات الوسط ، وتبقى في المستويات المتعامدة مع انتشار الموجة.

الموجات الطولية - تتأرجح جسيمات الوسط في اتجاه انتشار الموجة

من الأمثلة على الموجات المستعرضة الموجات الصوتية ، والموجات الطولية هي موجات الراديو.

11 الموجة الخطية هي موجة تنتشر في خطوط متوازية.

تنتشر الموجة الكروية في جميع الاتجاهات من النقطة التي تسبب اهتزازها ، وتشبه القمم الكرات.

تعتبر الموجة مسطحة إذا كانت سطوحها عبارة عن مجموعة من المستويات موازية لبعضها البعض.

12 تنعكس الموجة عند نفس الزاوية إلى الوضع الطبيعي مثل الموجة الساقطة عند تلك النقطة.

تتشكل الموجة الواقفة في وسط متجانس عندما تنتشر موجتان متطابقتان تجاه بعضهما البعض عبر هذا الوسط: السفر والقادم. نتيجة للتراكب (تراكب هذه الأشكال) ، تنشأ موجة واقفة.

الخصائص: السعة والتردد.

مثال: يوجد مصدران للموجة في الماء ، يخلقان نفس الموجة ، وستكون هناك موجات ثابتة بين هذه المصادر.

13 تُستخدم عمليات الموجة في إرسال الإشارات عبر مسافة.

تنعكس الموجات التي تقع على مستوى الهوائي بشكل متوازي وتتقاطع عند نقطة واحدة حيث يحدث الرنين

14 تنتشر الموجات الصوتية كموجات ميكانيكية طولية. سرعة انتشار هذه الموجات تعتمد على الخواص الميكانيكية للوسط ولا تعتمد على التردد.

المؤلفات:

Sivukhin D.V. دورة عامةالفيزياء ، الفصل 2 ، §17. م ، "علم" ، 1989.

Detlaf A.، A. Yavoursky B. M. "المدرسة العليا" ، 1998.

جيفوركيان آر. شبل

تروفيموزا تي. - دورة فيزياء M. "المدرسة العليا" 1998.

Sazeleva I.V. دورة في الفيزياء العامة ، المجلد 1 ، الفصل. 2 ، §15. م ، "نوكا" ، 1977.

Narakevich I.I. ، Volmyansky E.I. ، Lobko S.I. الفيزياء ل VTUs. - مينسك. تخرج من المدرسه. 1992

) ، التذبذبات التي تحدث بسبب الطاقة الممنوحة للنظام في بداية الحركة التذبذبية (على سبيل المثال ، في نظام ميكانيكي من خلال الإزاحة الأولية للجسم أو إعطائه سرعة أولية ، وفي النظام الكهربائي - تذبذب الدائرة - من خلال إنشاء شحنة أولية على ألواح المكثف). يتم تحديد سعة التذبذبات الطبيعية ، على عكس التذبذبات القسرية ، من خلال هذه الطاقة فقط ، ويتم تحديد ترددها من خلال خصائص النظام نفسه. بسبب تبديد الطاقة ، فإن التذبذبات الطبيعية تكون دائمًا تذبذبات مخمدة. مثال على الاهتزازات الطبيعية هو صوت الجرس ، أو الجرس ، أو وتر البيانو ، إلخ.

الموسوعة الحديثة. 2000 .

شاهد ما هو "OWN OSCILLATIONS" في القواميس الأخرى:

الاهتزازات الطبيعية- (الاهتزازات الحرة) ، الاهتزازات التي تحدث بسبب الطاقة الممنوحة للنظام في بداية الحركة التذبذبية (على سبيل المثال ، في نظام ميكانيكي من خلال الإزاحة الأولية للجسم أو إعطائه سرعة أولية ، وفي كهربائية ... ... قاموس موسوعي مصور

الاهتزازات في أي اهتزاز. نظام يحدث في غياب تأثير خارجي ؛ مثل (انظر الاهتزازات المجانية). قاموس موسوعي فيزيائي. موسكو: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحرير أ.م.بروخوروف. 1983 ... موسوعة فيزيائية

- (التذبذبات الحرة) التذبذبات التي يمكن أن تثير في نظام تذبذب تحت تأثير دفعة أولية. يتم تحديد شكل وتواتر الاهتزازات الطبيعية من خلال الكتلة والمرونة للاهتزازات الميكانيكية الطبيعية والحث و ... قاموس موسوعي كبير

- (التذبذبات) الاهتزازات الحرة لجسم أو دائرة تتأرجح بفعل القصور الذاتي ، عندما لا تتأثر بقوة خارجية دورية. S. K. لها فترة محددة للغاية (الفترة الخاصة) ؛ على سبيل المثال اهتزازات السفينة بعدها ...... قاموس بحري

الاهتزازات الطبيعية- التذبذبات الحرة على أحد الأشكال الخاصة. [مجموعة من الشروط الموصى بها. العدد 82. الميكانيكا الإنشائية. أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. لجنة المصطلحات العلمية والتقنية. 1970] موضوعات الميكانيكا الإنشائية ، قوة المواد EN ... دليل المترجم الفني

- (الاهتزازات الحرة) ، الاهتزازات التي يمكن أن تثير في نظام تذبذب تحت تأثير دفعة أولية. يتم تحديد شكل وتواتر التذبذبات الطبيعية الميكانيكية من خلال الكتلة والمرونة ، والحث الكهرومغناطيسي و ... ... قاموس موسوعي

الاهتزازات الطبيعية- savieji virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. التذبذبات الذاتية التذبذبات الطبيعية التذبذبات الذاتية vok. Eigenschwingungen، f rus. التذبذبات الطبيعية ، n pranc. خصائص التذبذبات ، و ... نهاية Fizikos žodynas

الاهتزازات الحرة والاهتزازات التي تحدث بشكل ديناميكي في حالة عدم وجود تأثير خارجي عندما يتم توصيل اضطراب خارجي إليه في اللحظة الأولى ، مما يؤدي إلى خروج النظام من التوازن. يتم تحديد شخصية S. إلى. بشكل أساسي من خلال ... ... موسوعة رياضية

الاهتزازات الطبيعية- ▲ التذبذبات الفيزيائية المستقلة تحدث التذبذبات الطبيعية [الحرة] تحت تأثير الدفع الأولي. التذبذبات الذاتية. الإثارة الذاتية هي الحدوث التلقائي للتذبذبات في النظام تحت تأثير التأثيرات الخارجية. نطاق. ثلاثة توائم ... قاموس إيديوغرافي للغة الروسية

التذبذبات الحرة ، التذبذبات في نظام ميكانيكي أو كهربائي أو أي نظام فيزيائي آخر ، تحدث في غياب التأثير الخارجي بسبب الطاقة المتراكمة في البداية (بسبب وجود إزاحة أولية أو ... الموسوعة السوفيتية العظمى

كتب

• الماضي المعقد. في البحث عن باريس ، أو العودة الأبدية (مجموعة من 3 كتب) ، ميخائيل جيرمان. يتضمن النثر المؤلف من ثلاثة مجلدات لكاتب سانت بطرسبرغ الشهير ومؤرخ الفن ميخائيل يوريفيتش جيرمان مذكرات "الماضي الصعب" وكتاب "البحث عن باريس ، أو الأبدية ...
• الإجهاد في الأسماء الصحيحة باللغة الروسية الحديثة ، A. V. Superanskaya. هذا الكتاب مخصص لتحليل التوتر في أسماء العلمفي الروسية الحديثة. يغطي المعرض ثلاثة أنواع من أسماء العلم - الأسماء الشخصية والألقاب والأسماء الجغرافية في ...

تقلبات- الحركات التي تتكرر تمامًا أو تقريبًا في فترات زمنية معينة.
الاهتزازات الحرة- تقلبات النظام تحت تأثير الهيئات الداخلية ، بعد إخراج النظام من حالة التوازن.
تعتبر اهتزازات وزن معلق من خيط أو وزن مرتبط بنابض أمثلة على الاهتزازات الحرة. بعد إزالة هذه الأنظمة من وضع التوازن ، يتم إنشاء ظروف تتأرجح بموجبها الأجسام دون تأثير القوى الخارجية.
نظام- مجموعة من الجثث ندرس حركتها.
القوى الداخلية- القوى العاملة بين هيئات النظام.
القوى الخارجية- القوى المؤثرة على أجسام النظام من الهيئات غير الداخلة فيه.

شروط حدوث التذبذبات الحرة.

1. عندما يتم إزالة الجسم من وضع التوازن ، يجب أن تنشأ قوة في النظام الموجه نحو وضع التوازن ، وبالتالي ، تميل إلى إعادة الجسم إلى وضع التوازن.
   مثال:عندما تتحرك الكرة المتصلة بالزنبرك إلى اليسار وعندما تتحرك إلى اليمين ، يتم توجيه القوة المرنة نحو وضع التوازن.
2. يجب أن يكون الاحتكاك في النظام منخفضًا بدرجة كافية. خلاف ذلك ، سوف تختفي التذبذبات بسرعة أو لا تظهر على الإطلاق. التذبذبات المستمرة ممكنة فقط في حالة عدم وجود احتكاك.

يوجد أنواع مختلفةالتذبذبات في الفيزياء ، تتميز بمعلمات معينة. النظر في الاختلافات الرئيسية بينهما ، التصنيف وفقا لعوامل مختلفة.

التعاريف الأساسية

يُفهم التذبذب على أنه عملية يكون فيها ، على فترات منتظمة ، الخصائص الرئيسية للحركة لها نفس القيم.

تسمى هذه التذبذبات الدورية ، حيث تتكرر قيم الكميات الأساسية على فترات منتظمة (فترة التذبذبات).

أنواع مختلفة من العمليات التذبذبية

دعونا نفكر في الأنواع الرئيسية للتذبذبات الموجودة في الفيزياء الأساسية.

الاهتزازات الحرة هي تلك التي تحدث في نظام لا يتعرض لتأثيرات متغيرة خارجية بعد الصدمة الأولية.

مثال على التذبذبات الحرة هو البندول الرياضي.

تلك الأنواع من الاهتزازات الميكانيكية التي تحدث في النظام تحت تأثير قوة خارجية متغيرة.

ميزات التصنيف

وفقًا للطبيعة الفيزيائية ، يتم تمييز الأنواع التالية من الحركات التذبذبية:

• ميكانيكي؛
• الحرارية.
• الكهرومغناطيسي؛
• مختلط.

حسب خيار التفاعل مع البيئة

أنواع الاهتزازات بالتفاعل معها بيئةتميز عدة مجموعات.

تظهر التذبذبات القسرية في النظام تحت تأثير إجراء دوري خارجي. كأمثلة على هذا النوع من التذبذب ، يمكننا النظر في حركة اليدين والأوراق على الأشجار.

للتذبذبات التوافقية القسرية ، قد يظهر صدى ، حيث ، مع قيم متساوية لتكرار العمل الخارجي والمذبذب ، مع زيادة حادة في السعة.

الاهتزازات الطبيعية في النظام تحت تأثير القوى الداخلية بعد إخراجها من التوازن. إن أبسط أشكال الاهتزازات الحرة هي حركة حمولة معلقة على خيط أو متصلة بنابض.

تسمى التذبذبات الذاتية بالأنواع التي يحتوي فيها النظام على قدر معين من الطاقة الكامنة المستخدمة لعمل التذبذبات. السمة المميزةهي حقيقة أن السعة تتميز بخصائص النظام نفسه ، وليس بالشروط الأولية.

للتذبذبات العشوائية ، يكون للحمل الخارجي قيمة عشوائية.

المعلمات الأساسية للحركات التذبذبية

جميع أنواع التذبذبات لها خصائص معينة يجب ذكرها بشكل منفصل.

السعة هي أقصى انحراف عن موضع التوازن ، وهو الانحراف عن قيمة متقلبة ، ويقاس بالأمتار.

الفترة هي وقت التذبذب الكامل ، وبعد ذلك تتكرر خصائص النظام ، وتُحسب بالثواني.

يتم تحديد التردد من خلال عدد التذبذبات لكل وحدة زمنية ، وهو يتناسب عكسياً مع فترة التذبذب.

مرحلة التذبذب تميز حالة النظام.

خاصية الاهتزازات التوافقية

تحدث هذه الأنواع من التذبذبات وفقًا لقانون جيب التمام أو الجيب. نجح فورييه في إثبات أن أي تذبذب دوري يمكن تمثيله كمجموع من التغييرات التوافقية من خلال توسيع وظيفة معينة في

كمثال ، ضع في اعتبارك أن بندولًا له فترة معينة وتكرار دوري.

ما الذي يميز هذه الأنواع من التذبذبات؟ تعتبر الفيزياء نظامًا مثاليًا يتكون من نقطة مادية، والذي يتم تعليقه على خيط عديم الوزن غير مرن ، يتأرجح تحت تأثير الجاذبية.

هذه الأنواع من الاهتزازات لها قدر معين من الطاقة ، فهي شائعة في الطبيعة والتكنولوجيا.

مع الحركة التذبذبية المطولة ، تتغير إحداثيات مركز تغير الكتلة ، ومع التيار المتردد ، تتغير قيمة التيار والجهد في الدائرة.

هناك أنواع مختلفة من التذبذبات التوافقية وفقًا لطبيعتها الفيزيائية: كهرومغناطيسية ، ميكانيكية ، إلخ.

الاهتزاز بمثابة اهتزاز قسري عربةالذي يتحرك على طريق وعرة.

الاختلافات الرئيسية بين الاهتزازات القسرية والحرة

تختلف هذه الأنواع من التذبذبات الكهرومغناطيسية في الخصائص الفيزيائية. يؤدي وجود مقاومة متوسطة وقوى احتكاك إلى تثبيط الاهتزازات الحرة. في حالة التذبذبات القسرية ، يتم تعويض خسائر الطاقة من خلال إمدادها الإضافي من مصدر خارجي.

تشير فترة البندول الربيعي إلى كتلة الجسم وصلابة الزنبرك. في حالة البندول الرياضي ، يعتمد ذلك على طول الخيط.

مع فترة معروفة ، من الممكن حساب التردد الطبيعي للنظام التذبذب.

في التكنولوجيا والطبيعة ، هناك تقلبات مع قيم مختلفةالترددات. على سبيل المثال ، يبلغ تردد البندول الذي يتأرجح في كاتدرائية القديس إسحاق في سانت بطرسبرغ 0.05 هرتز ، بينما يبلغ تردده عدة ملايين ميغا هرتز بالنسبة للذرات.

بعد فترة زمنية معينة ، لوحظ تخميد التذبذبات الحرة. هذا هو السبب في استخدام التذبذبات القسرية في الممارسة الحقيقية. هم مطلوبون في مجموعة متنوعة من آلات الاهتزاز. المطرقة الاهتزازية عبارة عن آلة اهتزاز الصدمة ، وهي مخصصة لدفع الأنابيب والأكوام والهياكل المعدنية الأخرى إلى الأرض.

الاهتزازات الكهرومغناطيسية

تتضمن خصائص أوضاع الاهتزاز تحليل المعلمات الفيزيائية الرئيسية: الشحنة والجهد وقوة التيار. كنظام أولي يستخدم لمراقبة التذبذبات الكهرومغناطيسية ، هو دائرة متذبذبة. يتم تشكيله عن طريق توصيل ملف ومكثف على التوالي.

عندما تكون الدائرة مغلقة ، تنشأ فيها تذبذبات كهرومغناطيسية مجانية ، مرتبطة بالتغيرات الدورية في الشحنة الكهربائية على المكثف والتيار في الملف.

إنها مجانية نظرًا لحقيقة أنه عند إجرائها لا يوجد تأثير خارجي ، ولكن يتم استخدام الطاقة المخزنة في الدائرة نفسها فقط.

في حالة عدم وجود تأثير خارجي ، بعد فترة زمنية معينة ، لوحظ توهين التذبذب الكهرومغناطيسي. سيكون سبب هذه الظاهرة هو التفريغ التدريجي للمكثف ، بالإضافة إلى المقاومة التي يمتلكها الملف بالفعل.

هذا هو السبب في حدوث التذبذبات المخففة في دائرة حقيقية. يؤدي تقليل شحنة المكثف إلى انخفاض في قيمة الطاقة مقارنة بقيمتها الأصلية. تدريجيًا ، سيتم إطلاقه على شكل حرارة على الأسلاك الموصلة والملف ، وسيتم تفريغ المكثف تمامًا ، وسيتم الانتهاء من التذبذب الكهرومغناطيسي.

أهمية التقلبات في العلوم والتكنولوجيا

أي حركات لها درجة معينة من التكرار هي تذبذبات. على سبيل المثال ، يتميز البندول الرياضي بانحراف منهجي في كلا الاتجاهين عن الوضع الرأسي الأصلي.

بالنسبة للبندول الزنبركي ، يتوافق التذبذب الكامل مع حركته لأعلى ولأسفل من الموضع الأولي.

في الدائرة الكهربائية ذات السعة والتحريض ، يوجد تكرار للشحنة على ألواح المكثف. ما سبب الحركات التذبذبية؟ يعمل البندول بسبب حقيقة أن الجاذبية تجعله يعود إلى موضعه الأصلي. في حالة النموذج الزنبركي ، يتم تنفيذ وظيفة مماثلة بواسطة القوة المرنة للنابض. عند اجتياز موضع التوازن ، يكون للحمل سرعة معينة ، وبالتالي ، عن طريق القصور الذاتي ، فإنه يتحرك إلى ما بعد الحالة المتوسطة.

يمكن تفسير التذبذبات الكهربائية من خلال فرق الجهد الموجود بين ألواح المكثف المشحون. حتى عندما يتم تفريغه بالكامل ، لا يختفي التيار ، ويتم إعادة شحنه.

في التكنولوجيا الحديثة ، يتم استخدام التذبذبات ، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا في طبيعتها ، ودرجة التكرار ، والشخصية ، وكذلك "آلية" حدوثها.

تحدث الاهتزازات الميكانيكية بواسطة أوتار الآلات الموسيقية وأمواج البحر والبندول. تؤخذ التقلبات الكيميائية المرتبطة بالتغيير في تركيز المواد المتفاعلة في الاعتبار عند إجراء تفاعلات مختلفة.

تتيح التذبذبات الكهرومغناطيسية إنشاء العديد من الأجهزة التقنية ، على سبيل المثال ، الهاتف والأجهزة الطبية بالموجات فوق الصوتية.

تحظى تقلبات السطوع القيفائي باهتمام خاص في الفيزياء الفلكية ، ويقوم علماء من مختلف البلدان بدراستها.

استنتاج

ترتبط جميع أنواع التذبذبات ارتباطًا وثيقًا بعدد كبير من العمليات الفنية والظواهر الفيزيائية. أهميتها العملية كبيرة في صناعة الطائرات ، وبناء السفن ، وبناء المجمعات السكنية ، والهندسة الكهربائية ، والإلكترونيات اللاسلكية ، والطب ، والعلوم الأساسية. مثال على عملية التذبذب النموذجية في علم وظائف الأعضاء هو حركة عضلة القلب. توجد الاهتزازات الميكانيكية في الكيمياء العضوية وغير العضوية ، والأرصاد الجوية ، وكذلك في العديد من العلوم الطبيعية الأخرى.

أجريت الدراسات الأولى للبندول الرياضي في القرن السابع عشر ، وبحلول نهاية القرن التاسع عشر ، تمكن العلماء من تحديد طبيعة التذبذبات الكهرومغناطيسية. أجرى العالم الروسي ألكسندر بوبوف ، الذي يُعتبر "أب" الاتصالات الراديوية ، تجاربه على وجه التحديد على أساس نظرية التذبذبات الكهرومغناطيسية ، ونتائج أبحاث طومسون وهيجنز ورايلي. نجح في العثور على تطبيق عملي للتذبذبات الكهرومغناطيسية ، لاستخدامها في إرسال إشارة راديو عبر مسافة طويلة.

أجرى الأكاديمي P.N. Lebedev لسنوات عديدة تجارب تتعلق بإنتاج التذبذبات الكهرومغناطيسية عالية التردد باستخدام المجالات الكهربائية المتناوبة. من خلال العديد من التجارب المتعلقة أنواع مختلفةتقلبات ، تمكن العلماء من العثور على مجالات الاستخدام الأمثل في العلم الحديثوالتكنولوجيا.