Tipos de oscilaciones y sus definiciones. Vibraciones: mecánicas y electromagnéticas

1. Fluctuaciones.

2. Vibraciones mecánicas.

3. Transformaciones de energía durante vibraciones mecánicas.

4. El período de oscilaciones.

5. Frecuencia de oscilación.

6. Frecuencia de oscilación cíclica.

7. Amplitud de oscilaciones mecánicas.

8. Vibraciones armónicas.

9. Fase de la oscilación armónica.

10. Representación analítica de oscilaciones.

11. Representación gráfica de vibraciones.

12. La velocidad de un punto en una oscilación armónica.

13. Aceleración de un punto en una oscilación armónica.

14. Dinámica de la oscilación armónica.

15. Período de oscilación de un péndulo de resorte.

16. Péndulo matemático. fuerza cuasi-elástica.

17. Oscilaciones de un cuerpo que flota sobre la superficie de un líquido.

18. Oscilaciones de un líquido homogéneo en un tubo en forma de U.

19. Oscilaciones de un cuerpo en un cuenco esférico.

20. Energía de oscilación armónica.

21. Vibraciones amortiguadas.

22. Vibraciones forzadas.

23. Resonancia.

24. Vibraciones libres. Frecuencia propia.

25. Auto-oscilaciones.

1. Fluctuaciones. Las oscilaciones generalmente se denominan cambios periódicos en el estado del sistema, en el que los valores de varios Cantidades fisicas caracterizar este sistema. Por ejemplo, los cambios periódicos en la presión y densidad del aire, el voltaje y la corriente eléctrica son fluctuaciones en estas cantidades.

Matemáticamente, la periodicidad significa que si - es una función periódica del tiempo con un período T, entonces para cualquier t igualdad

2. vibraciones mecánicas- movimientos corporales que se repiten exactamente o casi exactamente a intervalos regulares.

Las vibraciones mecánicas ocurren en sistemas que tienen una posición de equilibrio estable. Según el principio de mínima energía potencial, en la posición de equilibrio estable, la energía potencial del sistema es mínima. Cuando se saca un cuerpo de una posición de equilibrio estable, su energía potencial aumenta. En este caso, surge una fuerza dirigida a la posición de equilibrio (fuerza de retorno), y cuanto más se desvía el cuerpo de la posición de equilibrio, mayor es su energía potencial y mayor el módulo de la fuerza de retorno. Por ejemplo, cuando un péndulo de resorte se desvía de la posición de equilibrio, el papel de la fuerza restauradora lo desempeña la fuerza elástica, cuyo módulo cambia en proporción a la desviación, donde X desviación del péndulo de la posición de equilibrio. La energía potencial de un péndulo de resorte cambia en proporción al cuadrado del desplazamiento.

De manera similar, hay oscilaciones de un péndulo de filamento y una bola que se mueve a lo largo del fondo de un recipiente esférico de radio R, que se puede considerar como un péndulo de hilo con una longitud de hilo igual al radio del cuenco (Fig. 78).

3.Transformaciones de energía durante vibraciones mecánicas. Si no hay fuerzas de fricción, entonces la energía mecánica total de un cuerpo oscilante permanece constante. En el proceso de oscilaciones, ocurren transformaciones mutuas periódicas de la energía potencial y cinética del cuerpo. Realicemos el razonamiento sobre el ejemplo de las oscilaciones de un péndulo de hilo. Para simplificar el razonamiento, tomamos la energía potencial del péndulo en la posición de equilibrio igual a cero. En la posición extrema desviada, la energía potencial del péndulo es máxima y la energía cinética es cero, porque. en esta posición el péndulo está en reposo. Al moverse a la posición de equilibrio, la altura del péndulo sobre la superficie de la Tierra disminuye y la energía potencial disminuye, mientras que su velocidad y energía cinética aumentan. En la posición de equilibrio, la energía potencial es cero y la energía cinética es máxima. Continuando moviéndose por inercia, el péndulo pasa la posición de equilibrio. Después de pasar la posición de equilibrio, la energía cinética del péndulo disminuye, pero su energía potencial aumenta. Cuando el péndulo se detenga, su energía cinética será igual a cero, y la energía potencial alcanzará un máximo y todo se repetirá en el orden inverso.

Según la ley de conservación de la energía, la energía potencial del péndulo en la posición extrema desviada es igual a su energía cinética en el momento de pasar por la posición de equilibrio.

En el proceso de oscilación en cualquier momento de tiempo, la energía mecánica total del péndulo es igual a su potencial en la posición extrema desviada o la energía cinética en el momento de pasar la posición de equilibrio

donde la altura del péndulo en la posición extrema desviada, la velocidad en el momento de pasar por la posición de equilibrio.

4. Período de oscilación- el intervalo de tiempo mínimo después del cual se repite el movimiento, o el intervalo de tiempo durante el cual se produce una oscilación completa. Período ( T) se mide en segundos.

5. Frecuencia de oscilación- determina el número de oscilaciones completas realizadas en un segundo. La frecuencia y el período están relacionados por

La frecuencia se mide en hercios (Hz). Un hercio es una oscilación completa en un segundo.

6. Frecuencia cíclica o frecuencia circular determina el número de oscilaciones completas por segundo

La frecuencia es un valor positivo, .

7. Amplitud de vibraciones mecánicas es la desviación máxima del cuerpo de la posición de equilibrio. En el caso general de las oscilaciones, la amplitud es el valor máximo que toma una cantidad física que cambia periódicamente.

8. vibraciones armónicas- oscilaciones en las que el valor oscilante cambia según la ley del seno o del coseno (según la ley armónica):

Aquí está la amplitud de oscilación, frecuencia cíclica.

9. Fase de la oscilación armónica - magnitud , de pie bajo el signo de seno o coseno. La fase determina el valor de la cantidad fluctuante en un momento dado, la fase inicial, es decir en el momento del comienzo de la referencia de tiempo El ejemplo más simple de oscilaciones armónicas es la oscilación de la proyección en los ejes de coordenadas del punto metro moviéndose uniformemente a lo largo de un círculo de radio PERO en plano XOY, cuyo centro coincide con el origen (Fig. 79)

Para simplificar, establecemos , es decir después

Muchos sistemas oscilatorios bien conocidos solo pueden considerarse aproximadamente armónicos solo aproximadamente para desviaciones muy pequeñas. La condición principal para la oscilación armónica es la constancia de la frecuencia y amplitud cíclica. Por ejemplo, cuando un péndulo de hilo oscila, el ángulo de desviación de la vertical cambia de manera desigual, es decir, la frecuencia cíclica no es constante. Si las desviaciones son muy pequeñas, entonces el movimiento del péndulo es muy lento y se puede despreciar la irregularidad del movimiento, suponiendo . Cuanto más lento sea el movimiento, menor será la resistencia del medio, menor la pérdida de energía y menor el cambio de amplitud.

Por lo tanto, las pequeñas oscilaciones pueden considerarse aproximadamente armónicas.

10. Representación analítica de vibraciones- registro del valor fluctuante en forma de una función que expresa la dependencia del valor en el tiempo.

11. Representación gráfica de vibraciones - representación de oscilaciones en forma de gráfico de una función en los ejes de coordenadas OX y t.

Por ejemplo, las oscilaciones armónicas analíticas se escriben como , y su representación gráfica se representa como una sinusoide, una línea continua en la figura 80.

12.Velocidad puntual en oscilación armónica– obtenemos, derivando con respecto al tiempo, la función X(t)

Donde es la amplitud de la velocidad, proporcional a la frecuencia cíclica y la amplitud del desplazamiento.

Entonces la velocidad V de acuerdo con una ley sinusoidal con el mismo período T, cual es la compensacion X dentro de . La fase de velocidad adelanta a la fase de desplazamiento en . Esto significa que la velocidad es máxima cuando el punto pasa la posición de equilibrio, y en desplazamientos máximos del punto, su velocidad es cero. El gráfico de velocidad está representado por una línea de puntos en la Fig. 80

13. Aceleración de un punto durante oscilaciones armónicas obtenido diferenciando la velocidad con respecto al tiempo o diferenciando el desplazamiento X dos veces en el tiempo:

Donde es la amplitud de aceleración proporcional a la amplitud de desplazamiento y el cuadrado de la frecuencia cíclica.

La aceleración de un punto durante oscilaciones armónicas cambia según una ley sinusoidal con el mismo período T, que es el cambio dentro La fase de aceleración adelanta a la fase de desplazamiento en . La aceleración es igual a cero en el momento en que el punto pasa la posición de equilibrio.En la Fig. 81, el gráfico de aceleración se muestra con una línea de puntos, la línea continua representa el gráfico de desplazamiento.

Considerando que escribimos la aceleración en la forma

Aquellos. la aceleración en una oscilación armónica es proporcional al desplazamiento y siempre está dirigida hacia la posición de equilibrio (contra el desplazamiento). Alejándose de la posición de equilibrio, el punto se mueve rápidamente, acercándose a la posición de equilibrio, el punto se mueve rápidamente.

14. Dinámica de la oscilación armónica. Multiplicando la aceleración de un punto que hace una oscilación armónica, por su masa, obtenemos, según la segunda ley de Newton, la fuerza que actúa sobre el punto

Denotar Ahora escribimos la fuerza que actúa sobre el punto

De la última igualdad se sigue que las oscilaciones armónicas son causadas por una fuerza proporcional al desplazamiento y dirigida contra el desplazamiento, es decir a la posición de equilibrio.

15. Período de oscilación de un péndulo de resorte. Un péndulo de resorte oscila bajo la acción de una fuerza elástica

Una fuerza proporcional al desplazamiento y dirigida hacia la posición de equilibrio provoca oscilaciones armónicas del punto. Por tanto, las oscilaciones de un péndulo de resorte son armónicas. El coeficiente de rigidez es

Teniendo en cuenta que obtenemos el período de oscilaciones libres del péndulo de resorte

La frecuencia del péndulo de resorte es

.

15. péndulo matemático- un punto material suspendido en un hilo infinitamente delgado, ingrávido e inextensible, que oscila en un plano vertical, bajo la acción de la gravedad.

Una carga suspendida en un hilo, cuyas dimensiones son despreciables en comparación con la longitud del hilo, puede considerarse aproximadamente como un péndulo matemático. A menudo, dicho péndulo se llama péndulo de hilo.

Considere pequeñas oscilaciones de un péndulo matemático con longitud yo. En la posición de equilibrio, la fuerza de la gravedad se equilibra con la tensión del hilo, es decir .

Si desviamos el péndulo un pequeño ángulo, entonces la fuerza de gravedad y la fuerza de tensión, dirigidas en un ángulo entre sí, se suman a la fuerza resultante, que está dirigida hacia la posición de equilibrio. En la Fig. 82, la desviación del péndulo de la vertical es

El ángulo es tan pequeño que la frecuencia cíclica, es decir, la velocidad angular de rotación del hilo puede considerarse constante. Por lo tanto, escribimos el desplazamiento del péndulo en la forma

Así, las pequeñas oscilaciones de un péndulo matemático son oscilaciones armónicas. de la fig. 82 se sigue que la fuerza es pero por lo tanto

Dónde m, g, y yo valores constantes. Denotemos y obtengamos el módulo de la fuerza restauradora en la forma . Si tenemos en cuenta que la fuerza siempre se dirige hacia la posición de equilibrio, es decir contra el sesgo, entonces escribimos su expresión en la forma .

Entonces, la fuerza que causa las oscilaciones de un péndulo matemático es proporcional al desplazamiento y dirigida contra el desplazamiento, como en el caso de las oscilaciones de un péndulo de resorte, es decir, la naturaleza de esta fuerza es la misma que la fuerza elástica. Pero por naturaleza, la fuerza elástica es una fuerza electromagnética. La fuerza que provoca las oscilaciones de un péndulo matemático es por su naturaleza una fuerza gravitacional - no electromagnética, por eso se le llama cuasi-elástico por la fuerza. Cualquier fuerza que actúa como una fuerza elástica que no es de naturaleza electromagnética se denomina fuerza cuasi-elástica. Esto nos permite escribir la expresión para el período de oscilación de un péndulo matemático en la forma

.

De esta igualdad se sigue que el período de oscilación de un péndulo matemático no depende de la masa del péndulo, sino de su longitud y aceleración de caída libre. Conociendo el período de oscilación de un péndulo matemático y su longitud, es posible determinar la aceleración de caída libre en cualquier punto de la superficie de la Tierra.

17. Vibraciones de un cuerpo flotando en la superficie de un líquido. Para simplificar, considere un cuerpo de masa metro en forma de un cilindro con un área de base S. El cuerpo flota parcialmente sumergido en un líquido cuya densidad es (Fig. 83).

Deje que la profundidad de inmersión esté en la posición de equilibrio. En este caso, la fuerza resultante de Arquímedes y la fuerza de gravedad es igual a cero

.

Si cambia la profundidad de inmersión a X entonces la fuerza de Arquímedes será igual y el módulo de la fuerza resultante F se vuelve diferente de cero

Dado que obtenemos

Denotando , el módulo de fuerza F como

Si la profundidad de inmersión aumenta, es decir, el cuerpo se mueve hacia abajo, la fuerza de Arquímedes se vuelve mayor que la fuerza de gravedad y la resultante F dirigida hacia arriba, es decir contra el desplazamiento. Si la profundidad de inmersión disminuye, es decir, se desplaza hacia arriba desde la posición de equilibrio, la fuerza de Arquímedes se vuelve menor que la fuerza de gravedad y la resultante F dirigida hacia abajo, es decir contra el desplazamiento.

Entonces la fuerza F siempre dirigido contra el desplazamiento y su módulo es proporcional al desplazamiento

Esta fuerza es casi elástica y provoca oscilaciones armónicas de un cuerpo que flota en la superficie de un líquido. El período de estas oscilaciones se calcula mediante la fórmula común para las oscilaciones armónicas

.

18. Oscilaciones de un líquido homogéneo en un tubo en U. Sea un fluido homogéneo de masa metro, cuya densidad se vierte en un tubo en forma de U, cuya sección transversal S(Fig.84) En estado de equilibrio, las alturas de las columnas en ambos codos del tubo son iguales, según la ley de los vasos comunicantes para un líquido homogéneo.

Si el líquido se desequilibra, las alturas de las columnas de líquido en las rodillas cambiarán periódicamente, es decir el líquido en el tubo oscilará.

Sea en algún momento la altura de la columna de líquido en la rodilla derecha X más. que a la izquierda. Esto significa que el líquido en el tubo se ve afectado por la gravedad del líquido en una columna con una altura X, , donde es el volumen de la columna de líquido con altura X. El producto es una constante, entonces .

Entonces el módulo de fuerza F es proporcional a la diferencia de alturas de las columnas de líquido en los codos, es decir proporcional al desplazamiento del líquido en el tubo. La dirección de esta fuerza es siempre opuesta al desplazamiento, es decir

Por lo tanto, esta fuerza provoca oscilaciones armónicas del líquido en el tubo. Escribimos el período de estas oscilaciones según la regla de las oscilaciones armónicas

19. Oscilaciones de un cuerpo en un recipiente esférico. Deje que el cuerpo se deslice sin fricción en un recipiente esférico de radio R(Figura 78). Con pequeñas desviaciones de la posición de equilibrio, las oscilaciones de este cuerpo pueden considerarse como oscilaciones armónicas de un péndulo matemático, cuya longitud es igual a R, con un período igual a

20. Energía de oscilación armónica. Como ejemplo, considere la oscilación de un péndulo de resorte. cuando se compensa X

Si la fuerza de fricción es muy alta, no se producen oscilaciones amortiguadas. El cuerpo, sacado del equilibrio por cualquier fuerza, después de la terminación de la acción de estas fuerzas, vuelve a la posición de equilibrio y se detiene. Tal movimiento se llama aperiódico (no periódico). El gráfico de movimiento aperiódico se muestra en la Fig.86.

22. vibraciones forzadas- oscilaciones no amortiguadas del sistema, que son causadas por fuerzas externas que cambian periódicamente con el tiempo (fuerzas forzadas).

Si la fuerza impulsora cambia de acuerdo con la ley armónica

, donde la amplitud de la fuerza impulsora es su frecuencia cíclica, entonces se pueden establecer en el sistema oscilaciones armónicas forzadas con una frecuencia cíclica igual a la frecuencia de la fuerza impulsora

.

23. Resonancia- un aumento brusco de la amplitud de las oscilaciones forzadas cuando la frecuencia de la fuerza motriz coincide con la frecuencia de las oscilaciones libres del sistema. Si la oscilación ocurre en un medio resistente, entonces el gráfico de la dependencia de la amplitud de las oscilaciones forzadas en la frecuencia de la fuerza impulsora se ve como en la Fig. 87

La fuerza motriz, cuya frecuencia coincide con la frecuencia de las oscilaciones libres del sistema, incluso con amplitudes muy pequeñas de la fuerza motriz, puede provocar oscilaciones de amplitud muy grande.

24. Vibraciones libres. Frecuencia natural del sistema. Las vibraciones libres son las vibraciones de un sistema que se producen bajo la acción de sus fuerzas internas. Para un péndulo de resorte, la fuerza interna es la fuerza elástica. Para un péndulo matemático, que consiste en el propio péndulo y la Tierra, la fuerza interna es la gravedad. Para un cuerpo que flota en la superficie de un líquido, la fuerza interna es la fuerza de Arquímedes.

25. Auto-oscilaciones- oscilaciones no amortiguadas que se producen en el medio, debidas a una fuente de energía que no tiene propiedades oscilatorias, compensando las pérdidas de energía para vencer las fuerzas de rozamiento. Los sistemas auto-oscilantes reciben porciones iguales de energía en intervalos de tiempo iguales, por ejemplo, después de un período. Los relojes son un ejemplo de un sistema auto-oscilante.

Universidad Técnica Nacional de Bielorrusia

Departamento de "Física Técnica"

Laboratorio de Mecánica y Física Molecular

Reporte

para trabajo de laboratorio SP 1

“Vibraciones y Ondas.

Completado por: estudiante gr.107624

Khikhol IP

Comprobado por: Fedotenko A.V.

Minsk 2004

Preguntas:

¿Qué movimiento se llama oscilatorio? ¿Tipos de fluctuaciones? ¿Qué vibraciones se llaman armónicas? Características básicas de la oscilación armónica.

¿Qué vibraciones se llaman libres? Dé ejemplos de vibraciones libres.

¿Qué vibraciones se llaman forzadas? Dé ejemplos de oscilaciones forzadas.

Describir el proceso de conversión de energía durante el movimiento armónicamente oscilatorio, usando el ejemplo de un péndulo matemático o de resorte.

¿Por qué fórmula se determina la energía mecánica total durante la oscilación armónica del cuerpo en el momento de pasar el punto de equilibrio y los puntos extremos de movimiento?

¿Por qué se amortiguan las oscilaciones libres de un péndulo? ¿Bajo qué condiciones se pueden desamortizar las oscilaciones de un péndulo?

¿Qué es la resonancia mecánica? ¿Cuál es la condición de resonancia? Tipos de resonancia. Ejemplos de sistemas resonantes. Dé un ejemplo de una manifestación de resonancia útil y dañina.

¿Qué es un sistema auto oscilante? Dé un ejemplo de un dispositivo para obtener auto-oscilaciones. ¿Cuál es la diferencia entre auto-oscilaciones y oscilaciones forzadas y libres?

¿A qué se llama onda? Las principales características del proceso ondulatorio. Tipos de olas.

¿Qué ondas se llaman transversales, longitudinales? ¿Cuál es la diferencia entre ellos? ¿Dé ejemplos de ondas transversales y longitudinales?

¿Qué onda se llama lineal, esférica, plana? ¿Qué propiedades tienen?

¿Cómo se reflejan las ondas en un obstáculo? ¿Qué es una onda estacionaria? Sus principales características. Dar ejemplos.

Aplicación de procesos ondulatorios. ¿Cómo se organiza la antena de un radiotelescopio?

Ondas sonoras y sus aplicaciones.

Respuestas:

1 Las oscilaciones son procesos que difieren en un grado u otro de repetición.

Hay vibraciones: mecánicas, electromagnéticas, electromecánicas.

Las oscilaciones armónicas son aquellas oscilaciones en las que el valor oscilante cambia según la ley del seno o del coseno.

Las principales características de una oscilación armónica: amplitud, longitud de onda, frecuencia.

2 Se denominan oscilaciones libres: oscilaciones que se producen en un sistema abandonado a sí mismo después de que se le ha dado un empujón o se le ha sacado del equilibrio

Un ejemplo de vibraciones libres: vibraciones de una bola suspendida de un hilo.

3 Las oscilaciones forzadas se denominan: oscilaciones, durante las cuales el sistema oscilante está expuesto a una fuerza externa que cambia periódicamente.

Un ejemplo de vibraciones forzadas: las vibraciones de un puente que se producen cuando las personas caminan por él, caminando al paso.

4 En un movimiento armónicamente oscilatorio, la energía pasa de energía cinética a energía potencial y viceversa. La suma de las energías es igual a la energía máxima.

5 Según la fórmula, la energía mecánica total se determina durante la oscilación armónica del cuerpo en el momento de pasar el punto de equilibrio,
Puntos extremos de movimiento.

6 Las oscilaciones libres del péndulo se amortiguan cuando el cuerpo es afectado por una fuerza que impide su movimiento (fuerzas de fricción, resistencia).

Las oscilaciones del péndulo pueden no amortiguarse si se suministra energía constantemente.

7 Resonancia: el aumento máximo de amplitud.

Condición de resonancia: cuando la frecuencia natural del sistema debe coincidir con la traslacional.

Ejemplos de sistemas resonantes:

Un ejemplo de una manifestación útil de resonancia: utilizado en acústica, ingeniería de radio (receptor de radio). Un ejemplo de una manifestación dañina de resonancia: la destrucción de puentes cuando las columnas en marcha pasan sobre ellos.

8 Sistema auto-oscilador - estas son oscilaciones acompañadas por la influencia de fuerzas externas en el sistema oscilatorio, sin embargo, los momentos de tiempo cuando estos efectos se llevan a cabo son fijados por el propio sistema oscilatorio - el sistema mismo controla las fuerzas externas.

Un ejemplo de dispositivo para obtener auto-oscilaciones: un reloj en el que el péndulo recibe choques debido a la energía de un peso levantado o un resorte retorcido, y estos choques ocurren en el momento en que el péndulo pasa por la posición media.

La diferencia entre las auto-oscilaciones y las oscilaciones forzadas y libres es que a este sistema se le suministra energía desde el exterior, pero este suministro de energía está controlado por el propio sistema.

9 Una onda es una oscilación que se propaga a través del espacio a lo largo del tiempo.

Características del proceso de onda: longitud de onda, velocidad de propagación de onda, amplitud de onda

Las ondas son transversales y longitudinales.

10 Ondas transversales: las partículas del medio oscilan, permaneciendo en planos perpendiculares a la propagación de la onda.

Ondas longitudinales: las partículas del medio oscilan en la dirección de propagación de la onda.

Un ejemplo de ondas transversales son las ondas de sonido, las ondas longitudinales son las ondas de radio.

11 Una onda lineal es una onda que se propaga en líneas paralelas.

Una onda esférica se propaga en todas las direcciones desde el punto que la hace oscilar, y las crestas parecen esferas.

Una onda se considera plana si sus superficies de onda son un conjunto de planos paralelos entre sí.

12 La onda se refleja con el mismo ángulo con respecto a la normal que la onda incidente en ese punto.

Una onda estacionaria se forma en un medio homogéneo cuando dos ondas idénticas se propagan una hacia la otra a través de este medio: la que viaja y la que se aproxima. Como resultado de la superposición (superposición de estas formas), surge una onda estacionaria.

Características: amplitud, frecuencia.

Ejemplo: dos fuentes de olas están en el agua, crean la misma ola, habrá ondas estacionarias entre estas fuentes.

13 Los procesos de ondas se utilizan en la transmisión de señales a distancia.

Las ondas que inciden en el plano de la antena se reflejan en paralelo y se cruzan en un punto donde se produce la resonancia.

14 Las ondas sonoras se propagan como ondas mecánicas longitudinales. La velocidad de propagación de estas ondas depende de las propiedades mecánicas del medio y no depende de la frecuencia.

Literatura:

Sivukhin D.V. Curso general física, v., cap.2, §17. M., "Ciencia", 1989.

Detlaf A., A. Yavorsky B. M. "Escuela Superior", 1998.

Gevorkyan R.G. Shepel

Trofimoza T.I. Curso de Física, M. “Escuela Superior”, 1998.

Sazeleva IV Curso de física general, volumen 1, cap. 2, §15. M., "Nauka", 1977.

Narakevich II, Volmyansky E.I., Lobko S.I. Física para VTU. - Minsk. Escuela de posgrado. 1992

), oscilaciones que ocurren debido a la energía impartida al sistema al comienzo del movimiento oscilatorio (por ejemplo, en un sistema mecánico a través del desplazamiento inicial del cuerpo o dándole una velocidad inicial, y en un sistema eléctrico - un oscilatorio circuito - a través de la creación de una carga inicial en las placas del condensador). La amplitud de las oscilaciones naturales, a diferencia de las oscilaciones forzadas, está determinada únicamente por esta energía, y su frecuencia está determinada por las propiedades del propio sistema. Debido a la disipación de energía, las oscilaciones naturales siempre son oscilaciones amortiguadas. Un ejemplo de vibraciones naturales es el sonido de una campana, un gong, una cuerda de piano, etc.

Enciclopedia moderna. 2000 .

Vea lo que es "OSCILACIONES PROPIAS" en otros diccionarios:

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Vibraciones en cualquier vibración. sistema que ocurre en ausencia de influencia externa; lo mismo que (ver VIBRACIONES LIBRES). Diccionario enciclopédico físico. Moscú: Enciclopedia soviética. Editor en jefe A. M. Prokhorov. 1983... Enciclopedia Física

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vibraciones naturales- Oscilaciones libres sobre una de las formas propias. [Colección de términos recomendados. Tema 82. Mecánica estructural. Academia de Ciencias de la URSS. Comité de Terminología Científica y Técnica. 1970] Temas mecánica estructural, resistencia de materiales EN... Manual del traductor técnico

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vibraciones naturales- savieji virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oscilaciones propias; oscilaciones naturales; auto oscilaciones vok. Eigenschwingungen, f rus. oscilaciones naturales, n pranc. oscilaciones propias, f … Fizikos terminų žodynas

Vibraciones libres, vibraciones que ocurren en forma dinámica. sistema en ausencia de una influencia externa cuando se le comunica una perturbación externa en el momento inicial, que saca al sistema del equilibrio. El carácter de S. a. está determinado principalmente por ... ... Enciclopedia Matemática

vibraciones naturales- ▲ oscilaciones físicas oscilaciones naturales independientes [libres] se producen bajo la influencia del empuje inicial. auto-oscilaciones. la autoexcitación es la aparición espontánea de oscilaciones en el sistema bajo la influencia de influencias externas. espectro. triplete... Diccionario ideográfico de la lengua rusa

Oscilaciones libres, oscilaciones en un sistema mecánico, eléctrico o cualquier otro sistema físico, que ocurren en ausencia de influencia externa debido a la energía inicialmente acumulada (debido a la presencia de un desplazamiento inicial o ... Gran enciclopedia soviética

Libros

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fluctuaciones- movimientos que se repiten exacta o aproximadamente en ciertos intervalos de tiempo.
vibraciones libres- fluctuaciones en el sistema bajo la acción de cuerpos internos, después de que el sistema se saca del equilibrio.
Las vibraciones de un peso suspendido de una cuerda o un peso unido a un resorte son ejemplos de vibraciones libres. Después de sacar estos sistemas de la posición de equilibrio, se crean las condiciones bajo las cuales los cuerpos oscilan sin la influencia de fuerzas externas.
Sistema- un grupo de cuerpos, cuyo movimiento estudiamos.
fuerzas internas- fuerzas que actúan entre los cuerpos del sistema.
Fuerzas externas- fuerzas que actúan sobre los cuerpos del sistema de los cuerpos que no están incluidos en él.

Condiciones para la ocurrencia de oscilaciones libres.

1. Cuando el cuerpo se retira de la posición de equilibrio, debe surgir una fuerza en el sistema dirigida hacia la posición de equilibrio y, por tanto, tendiendo a devolver el cuerpo a la posición de equilibrio.
   Ejemplo: cuando la bola unida al resorte se mueve hacia la izquierda y cuando se mueve hacia la derecha, la fuerza elástica se dirige hacia la posición de equilibrio.
2. La fricción en el sistema debe ser lo suficientemente baja. De lo contrario, las oscilaciones desaparecerán rápidamente o no aparecerán en absoluto. Las oscilaciones continuas son posibles solo en ausencia de fricción.

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.

Según la naturaleza física, se distinguen los siguientes tipos de movimientos oscilatorios:

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

Según la opción de interacción con el entorno

Tipos de vibraciones por interacción con ambiente 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 las oscilaciones armónicas forzadas, puede aparecer una resonancia en la que, con valores iguales de la frecuencia de la acción externa y del oscilador, con un fuerte aumento de la 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 una cierta cantidad de energía potencial utilizada para realizar las 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 punto material, que está suspendido de 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, el péndulo que oscila en la Catedral de San Isaac en San Petersburgo 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, surgen en él oscilaciones electromagnéticas libres, asociadas con cambios periódicos en la carga eléctrica del 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 la tecnología moderna, se utilizan oscilaciones, que difieren significativamente en su naturaleza, grado de repetición, carácter y también el "mecanismo" de ocurrencia.

Las vibraciones mecánicas son producidas por las cuerdas de los instrumentos musicales, las olas del mar y un 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 oscilaciones están estrechamente relacionados con una gran cantidad de procesos técnicos y fenómenos físicos. Su importancia práctica es grande en la construcción de aeronaves, la construcción naval, la construcción de complejos residenciales, la ingeniería eléctrica, la radioelectrónica, la medicina y las 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. Logró encontrar una aplicación práctica para las oscilaciones electromagnéticas, usarlas 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.