انواع نوسانات و تعاریف آنها. ارتعاشات: مکانیکی و الکترومغناطیسی

1. نوسانات.

2. ارتعاشات مکانیکی.

3. تبدیل انرژی در حین ارتعاشات مکانیکی.

4. دوره نوسانات.

5. فرکانس نوسان.

6. فرکانس نوسان چرخه ای.

7. دامنه نوسانات مکانیکی.

8. ارتعاشات هارمونیک.

9. فاز نوسان هارمونیک.

10. نمایش تحلیلی نوسانات.

11. نمایش گرافیکی ارتعاشات.

12. سرعت یک نقطه در یک نوسان هارمونیک.

13. شتاب یک نقطه در نوسان هارمونیک.

14. دینامیک نوسانات هارمونیک.

15. دوره نوسان آونگ فنری.

16. آونگ ریاضی. نیروی شبه الاستیک

17. نوسانات جسمی که روی سطح مایع شناور است.

18. نوسانات یک مایع همگن در یک لوله U شکل.

19. نوسانات جسم در کاسه کروی شکل.

20. انرژی نوسانات هارمونیک.

21. ارتعاشات میرایی.

22. ارتعاشات اجباری.

23. طنین.

24. ارتعاشات رایگان. فرکانس خود

25. خود نوسانات.

1. نوسانات.نوسانات به طور کلی به تغییرات دوره ای در وضعیت سیستم گفته می شود که در آن مقادیر مختلفی وجود دارد مقادیر فیزیکیاین سیستم را مشخص کنید. به عنوان مثال، تغییرات دوره ای در فشار و چگالی هوا، ولتاژ و جریان الکتریکی نوسانات در این کمیت ها هستند.

از نظر ریاضی، تناوب به این معنی است که اگر - یک تابع تناوبی از زمان با یک دوره است تی، سپس برای هر تیبرابری

2. ارتعاشات مکانیکی- حرکات بدن که دقیقاً یا تقریباً دقیقاً در فواصل منظم تکرار می شوند.

ارتعاشات مکانیکی در سیستم هایی رخ می دهد که دارای موقعیت تعادل پایدار هستند. بر اساس اصل حداقل انرژی پتانسیل، در موقعیت تعادل پایدار، انرژی پتانسیل سیستم حداقل است. هنگامی که جسمی از وضعیت تعادل پایدار خارج می شود، انرژی پتانسیل آن افزایش می یابد. در این حالت، نیرویی به سمت موقعیت تعادل (نیروی برگشتی) ایجاد می شود و هر چه بدن از وضعیت تعادل دورتر منحرف شود، انرژی پتانسیل آن بیشتر و مدول نیروی بازگرداننده بیشتر می شود. به عنوان مثال، هنگامی که آونگ فنری از موقعیت تعادل منحرف می شود، نقش نیروی بازگرداننده توسط نیروی الاستیک ایفا می شود که مدول آن متناسب با انحراف تغییر می کند. ایکسانحراف آونگ از وضعیت تعادل انرژی پتانسیل یک آونگ فنر متناسب با مجذور جابجایی تغییر می کند.

به طور مشابه، نوسانات یک آونگ رشته و یک توپ در امتداد کف یک کاسه کروی با شعاع وجود دارد. آر، که می توان آن را یک آونگ نخ با طول نخ برابر با شعاع کاسه در نظر گرفت (شکل 78).

3.تبدیل انرژی در طی ارتعاشات مکانیکی. اگر نیروی اصطکاک وجود نداشته باشد، انرژی مکانیکی کل یک جسم نوسانی ثابت می ماند. در فرآیند نوسانات، دگرگونی های متناوب متقابل پتانسیل و انرژی جنبشی بدن رخ می دهد. اجازه دهید استدلال را بر روی مثالی از نوسانات آونگ نخ انجام دهیم. برای ساده‌تر کردن استدلال، انرژی پتانسیل آونگ را در موقعیت تعادل برابر با صفر می‌گیریم. در موقعیت انحراف شدید، انرژی پتانسیل آونگ حداکثر است و انرژی جنبشی صفر است، زیرا. در این حالت آونگ در حالت استراحت است. هنگام حرکت به موقعیت تعادل، ارتفاع آونگ بالای سطح زمین کاهش می یابد و انرژی پتانسیل کاهش می یابد، در حالی که سرعت و انرژی جنبشی آن افزایش می یابد. در حالت تعادل، انرژی پتانسیل صفر و انرژی جنبشی حداکثر است. با ادامه حرکت با اینرسی، آونگ از موقعیت تعادل عبور می کند. پس از عبور از موقعیت تعادل، انرژی جنبشی آونگ کاهش می یابد، اما انرژی پتانسیل آن افزایش می یابد. هنگامی که آونگ متوقف می شود، انرژی جنبشی آن برابر با صفر می شود و انرژی پتانسیل به حداکثر می رسد و همه چیز به ترتیب معکوس تکرار می شود.

بر اساس قانون بقای انرژی، انرژی پتانسیل آونگ در موقعیت انحراف شدید برابر با انرژی جنبشی آن در لحظه عبور از موقعیت تعادل است.

در فرآیند نوسان در هر لحظه از زمان، کل انرژی مکانیکی آونگ برابر با پتانسیل آن در موقعیت انحراف شدید یا انرژی جنبشی در لحظه عبور از موقعیت تعادل است.

که در آن ارتفاع آونگ در موقعیت انحراف شدید، سرعت در لحظه عبور از موقعیت تعادل.

4. دوره نوسان- حداقل فاصله زمانی که پس از آن حرکت تکرار می شود، یا فاصله زمانی که طی آن یک نوسان کامل رخ می دهد. عادت زنانه ( تی) بر حسب ثانیه اندازه گیری می شود.

5. فرکانس نوسان- تعداد نوسانات کامل انجام شده در یک ثانیه را تعیین می کند. فرکانس و دوره با هم مرتبط هستند

فرکانس بر حسب هرتز (هرتز) اندازه گیری می شود. یک هرتز یک نوسان کامل در یک ثانیه است.

6. فرکانس چرخه ای یا فرکانس دایره ایتعداد نوسانات کامل در ثانیه را تعیین می کند

فرکانس یک مقدار مثبت است.

7. دامنه ارتعاشات مکانیکیحداکثر انحراف بدن از وضعیت تعادل است. در حالت کلی نوسانات، دامنه حداکثر مقداری است که یک کمیت فیزیکی به طور متناوب در حال تغییر است.

8. ارتعاشات هارمونیک- نوساناتی که در آن مقدار نوسان بر اساس قانون سینوس یا کسینوس (طبق قانون هارمونیک) تغییر می کند:

در اینجا دامنه نوسان، فرکانس چرخه ای است.

9. فاز نوسان هارمونیک -اندازه , ایستادن زیر علامت سینوس یا کسینوس فاز مقدار کمیت نوسان را در یک زمان معین تعیین می کند، فاز اولیه، یعنی. در لحظه شروع مرجع زمانی ساده ترین مثال از نوسانات هارمونیک، نوسان طرح ریزی بر روی محورهای مختصات نقطه است. مترحرکت یکنواخت در امتداد یک دایره شعاع ولیداخل هواپیما XOY، که مرکز آن با مبدا منطبق است (شکل 79)

برای سادگی، ما تنظیم می کنیم، i.e. سپس

بسیاری از سیستم‌های نوسانی شناخته شده را می‌توان به طور تقریبی فقط برای انحرافات بسیار کوچک تقریباً هارمونیک در نظر گرفت. شرط اصلی برای نوسانات هارمونیک، ثبات فرکانس و دامنه چرخه ای است. به عنوان مثال، هنگامی که یک آونگ نخی نوسان می کند، زاویه انحراف از قائم به طور ناهموار تغییر می کند، یعنی. فرکانس چرخه ای ثابت نیست. اگر انحرافات بسیار اندک باشد، حرکت آونگ بسیار کند است و می‌توان از ناهمواری حرکت چشم پوشی کرد. هرچه حرکت آهسته تر باشد، مقاومت محیط کمتر، اتلاف انرژی کمتر و تغییر در دامنه کمتر می شود.

بنابراین، نوسانات کوچک را می توان تقریباً هارمونیک در نظر گرفت.

10. نمایش تحلیلی ارتعاشات- ثبت مقدار نوسان در قالب تابعی که وابستگی مقدار را به زمان بیان می کند.

11. نمایش گرافیکی ارتعاشات -نمایش نوسانات به شکل نمودار یک تابع در محورهای مختصات OX و تی.

به عنوان مثال، نوسانات هارمونیک تحلیلی به صورت نوشته شده است، و نمایش گرافیکی آن به صورت یک سینوسی - یک خط ثابت در شکل 80 نشان داده شده است.

12.سرعت نقطه ای در نوسانات هارمونیک- با تمایز با توجه به زمان، تابع را بدست می آوریم ایکس(تی)

دامنه سرعت متناسب با فرکانس چرخه ای و دامنه جابجایی کجاست.

بنابراین سرعت Vطبق یک قانون سینوسی با همان دوره تی،که افست است ایکسدر داخل . فاز سرعت فاز جابجایی را با . به این معنی که وقتی نقطه از موقعیت تعادل عبور می کند، سرعت حداکثر است و در جابجایی های حداکثر نقطه، سرعت آن صفر است. نمودار سرعت با یک خط نقطه چین در شکل 80 نشان داده شده است

13. شتاب یک نقطه در طول نوسانات هارمونیکبا تمایز سرعت نسبت به زمان یا افتراق جابجایی به دست می آید ایکسدو بار در زمان:

دامنه شتاب متناسب با دامنه جابجایی و مربع فرکانس چرخه ای است.

شتاب یک نقطه در طول نوسانات هارمونیک بر اساس یک قانون سینوسی با دوره مشابه تغییر می کند. تی، که تغییر درون است فاز شتاب، فاز جابجایی را با . شتاب در لحظه ای که نقطه از موقعیت تعادل عبور می کند برابر با صفر است در شکل 81 نمودار شتاب با یک خط نقطه چین نشان داده شده است، خط ثابت نمودار جابجایی را نشان می دهد.

با توجه به اینکه شتاب را به صورت می نویسیم

آن ها شتاب در یک نوسان هارمونیک متناسب با جابجایی است و همیشه به سمت موقعیت تعادل (در برابر جابجایی) هدایت می شود. با دور شدن از موقعیت تعادل، نقطه به سرعت حرکت می کند، با نزدیک شدن به موقعیت تعادل، نقطه به سرعت حرکت می کند.

14. دینامیک نوسانات هارمونیک.با ضرب شتاب نقطه ای که یک نوسان هارمونیک ایجاد می کند، در جرم آن، طبق قانون دوم نیوتن، نیروی وارد بر نقطه را به دست می آوریم.

نشان دهید اکنون نیروی وارد بر نقطه را می نویسیم

از آخرین تساوی نتیجه می شود که نوسانات هارمونیک توسط نیرویی متناسب با جابجایی ایجاد می شود و در مقابل جابجایی هدایت می شود، یعنی. به موقعیت تعادل

15. دوره نوسان آونگ فنری.آونگ فنری تحت تأثیر نیروی کشسانی در نوسان است

نیرویی متناسب با جابجایی که به سمت موقعیت تعادل هدایت می شود باعث نوسانات هارمونیک نقطه می شود. بنابراین، نوسانات آونگ فنری هارمونیک است. ضریب سختی است

در نظر داشته باشید که دوره نوسانات آزاد آونگ فنری را بدست می آوریم

فرکانس آونگ فنری است

.

15. آونگ ریاضی- یک نقطه مادی معلق بر روی یک نخ بی نهایت نازک، بی وزن و غیر قابل امتداد، که در یک صفحه عمودی، تحت اثر گرانش در حال نوسان است.

بار معلق روی نخی که ابعاد آن در مقایسه با طول نخ ناچیز است، تقریباً می تواند یک آونگ ریاضی در نظر گرفته شود. اغلب چنین آونگی آونگ نخ نامیده می شود.

نوسانات کوچک یک آونگ ریاضی با طول را در نظر بگیرید ل. در موقعیت تعادل، نیروی گرانش با کشش در نخ متعادل می شود، یعنی. .

اگر آونگ را از یک زاویه کوچک منحرف کنیم، آنگاه نیروی گرانش و نیروی کشش که در زاویه ای نسبت به یکدیگر هدایت می شوند، به نیروی حاصل که به سمت موقعیت تعادل هدایت می شود، جمع می شوند. در شکل 82، انحراف آونگ از قائم است

زاویه آنقدر کوچک است که فرکانس چرخه ای، یعنی. سرعت زاویه ای چرخش رزوه را می توان ثابت در نظر گرفت. بنابراین جابجایی آونگ را به شکل می نویسیم

بنابراین، نوسانات کوچک یک آونگ ریاضی، نوسانات هارمونیک هستند. از شکل 82 نتیجه می شود که نیرو اما بنابراین است

جایی که m، g،و لمقادیر ثابت اجازه دهید ماژول نیروی بازگرداننده را به شکل نشان داده و بدست آوریم. اگر در نظر بگیریم که نیرو همیشه به سمت موقعیت تعادل هدایت می شود، یعنی. در مقابل تعصب، سپس بیان آن را به شکل می نویسیم.

بنابراین نیرویی که باعث نوسان یک آونگ ریاضی می شود متناسب با جابجایی و در جهت مخالف جابجایی است، مانند نوسانات آونگ فنر، یعنی ماهیت این نیرو همانند نیروی کشسان است. اما طبیعتاً نیروی الاستیک یک نیروی الکترومغناطیسی است. نیرویی که باعث نوسانات یک آونگ ریاضی می شود طبیعتاً یک نیروی گرانشی - غیر الکترومغناطیسی است، بنابراین به آن می گویند. شبه الاستیکبه زور. هر نیرویی که به عنوان نیروی ارتجاعی عمل کند که ماهیت آن الکترومغناطیسی نباشد، نیروی شبه الاستیک نامیده می شود. این به ما اجازه می دهد تا عبارت دوره نوسان یک آونگ ریاضی را به شکل بنویسیم

.

از این برابری نتیجه می شود که دوره نوسان یک آونگ ریاضی به جرم آونگ بستگی ندارد، بلکه به طول و شتاب سقوط آزاد آن بستگی دارد. با دانستن دوره نوسان یک آونگ ریاضی و طول آن، می توان شتاب سقوط آزاد را در هر نقطه از سطح زمین تعیین کرد.

17. ارتعاشات جسمی که روی سطح مایع شناور است.برای سادگی، جسمی از جرم را در نظر بگیرید متربه شکل یک استوانه با سطح پایه اس.بدن تا حدی در مایعی که چگالی آن غوطه ور است شناور می شود (شکل 83).

بگذارید عمق غوطه وری در وضعیت تعادل باشد. در این حالت نیروی حاصل از ارشمیدس و نیروی گرانش برابر با صفر است

.

اگر عمق غوطه وری را به ایکسآنگاه نیروی ارشمیدس و مدول نیروی حاصل برابر می شود افبا صفر متفاوت می شود

با توجه به اینکه ما گرفتیم

نشان دهنده، مدول نیرو است افمانند

اگر عمق غوطه وری افزایش یابد، به عنوان مثال. جسم به سمت پایین حرکت می کند، نیروی ارشمیدس از نیروی گرانش و نیروی حاصله بیشتر می شود افبه سمت بالا هدایت می شود، یعنی در برابر جابجایی اگر عمق غوطه وری کاهش یابد، به عنوان مثال. از موقعیت تعادل به سمت بالا جابه جا می شود، نیروی ارشمیدس از نیروی گرانش و نیروی حاصله کمتر می شود. افبه سمت پایین هدایت می شود، یعنی در برابر جابجایی

پس قدرت افهمیشه بر خلاف جابجایی است و مدول آن متناسب با جابجایی است

این نیرو شبه الاستیک است و باعث ایجاد نوسانات هارمونیک جسمی می شود که روی سطح مایع شناور است. دوره این نوسانات با فرمول رایج برای نوسانات هارمونیک محاسبه می شود

.

18. نوسانات یک مایع همگن در یک لوله U. اجازه دهید یک مایع همگن از جرم متر، که چگالی آن در یک لوله U شکل ریخته می شود که سطح مقطع آن است. اس(شکل 84) در حالت تعادل، ارتفاع ستون ها در هر دو زانویی لوله با توجه به قانون مخازن ارتباطی برای یک مایع همگن یکسان است.

اگر مایع از حالت تعادل خارج شود، ارتفاع ستون های مایع در زانوها به طور متناوب تغییر می کند، یعنی. مایع درون لوله نوسان خواهد کرد.

بگذارید در یک نقطه از زمان ارتفاع ستون مایع در زانوی راست باشد ایکسبیشتر. نسبت به سمت چپ این بدان معنی است که مایع درون لوله تحت تأثیر جاذبه مایع در ستونی با ارتفاع قرار می گیرد ایکس، حجم ستون مایع با ارتفاع کجاست ایکس. محصول ثابت است، بنابراین .

بنابراین مدول نیرو افمتناسب با اختلاف ارتفاع ستون های مایع در آرنج است، یعنی. متناسب با جابجایی مایع در لوله. جهت این نیرو همیشه مخالف جابجایی است، یعنی.

بنابراین این نیرو باعث نوسانات هارمونیک مایع در لوله می شود. دوره این نوسانات را طبق قانون نوسانات هارمونیک می نویسیم

19. نوسانات یک جسم در یک کاسه کروی.اجازه دهید بدنه بدون اصطکاک در یک کاسه کروی به شعاع بلغزد آر(شکل 78). با انحرافات کوچک از وضعیت تعادل، نوسانات این جسم را می توان نوسانات هارمونیک یک آونگ ریاضی در نظر گرفت که طول آن برابر است با آر، با دوره ای برابر با

20. انرژی نوسانات هارمونیک. به عنوان مثال، نوسان آونگ فنر را در نظر بگیرید. وقتی افست شود ایکس

اگر نیروی اصطکاک بسیار زیاد باشد، نوسانات میرایی رخ نمی دهد. جسمی که توسط هر نیرو از حالت تعادل خارج می شود، پس از پایان عمل این نیروها، به حالت تعادل باز می گردد و می ایستد. به چنین حرکتی غیر تناوبی (غیر تناوبی) می گویند. نمودار حرکت متناوب در شکل 86 نشان داده شده است.

22. ارتعاشات اجباری- نوسانات بدون میرای سیستم که در اثر تغییر دوره ای نیروهای خارجی در طول زمان (نیروهای اجباری) ایجاد می شود.

اگر نیروی محرکه طبق قانون هارمونیک تغییر کند

در جایی که دامنه نیروی محرکه فرکانس چرخه ای آن است، می توان نوسانات هارمونیک اجباری با فرکانس چرخه ای برابر با فرکانس نیروی محرکه را در سیستم ایجاد کرد.

.

23. رزونانس- افزایش شدید دامنه نوسانات اجباری هنگامی که فرکانس نیروی محرکه با فرکانس نوسانات آزاد سیستم مطابقت دارد. اگر نوسان در یک محیط مقاوم رخ دهد، نمودار وابستگی دامنه نوسانات اجباری به فرکانس نیروی محرکه مانند شکل 87 به نظر می رسد.

نیروی محرکه ای که فرکانس آن با فرکانس نوسانات آزاد سیستم همزمان است، حتی با دامنه های بسیار کوچک نیروی محرکه، می تواند نوساناتی با دامنه بسیار زیاد ایجاد کند.

24. ارتعاشات رایگان فرکانس طبیعی سیستمارتعاشات آزاد ارتعاشات یک سیستم است که تحت تأثیر نیروهای داخلی آن رخ می دهد. برای آونگ فنری، نیروی داخلی نیروی الاستیک است. برای یک آونگ ریاضی که از خود آونگ و زمین تشکیل شده است، نیروی درونی گرانش است. برای جسمی که روی سطح مایع شناور است، نیروی درونی نیروی ارشمیدس است.

25. خود نوسانات- نوسانات بدون میرایی که در محیط رخ می دهد، به دلیل یک منبع انرژی که خاصیت نوسانی ندارد، جبران کننده تلفات انرژی برای غلبه بر نیروهای اصطکاک است. سیستم‌های خود نوسانی در بازه‌های زمانی مساوی، مثلاً پس از یک دوره، بخش‌های مساوی انرژی دریافت می‌کنند. ساعت ها نمونه ای از یک سیستم خود نوسانی هستند.

دانشگاه فنی ملی بلاروس

گروه "فیزیک فنی"

آزمایشگاه مکانیک و فیزیک مولکولی

گزارش

برای کارهای آزمایشگاهی SP 1

“ارتعاشات و امواج.

تکمیل شده توسط: student gr.107624

خخول آی.پ.

بررسی شده توسط: Fedotenko A.V.

مینسک 2004

سوالات:

به چه حرکتی نوسانی می گویند؟ انواع نوسانات؟ به چه ارتعاشی هارمونیک می گویند؟ ویژگی های اساسی نوسانات هارمونیک

به چه ارتعاشاتی آزاد می گویند؟ نمونه هایی از ارتعاشات رایگان را ذکر کنید.

به چه ارتعاشاتی اجباری می گویند؟ نمونه هایی از نوسانات اجباری را ذکر کنید.

فرآیند تبدیل انرژی را در حین حرکت نوسانی هماهنگ با استفاده از مثال یک آونگ ریاضی یا فنری توصیف کنید.

با چه فرمولی انرژی مکانیکی کل در حین نوسانات هارمونیک جسم در لحظه عبور از نقطه تعادل و نقاط انتهایی حرکت تعیین می شود.

چرا نوسانات آزاد آونگ خنثی می شود؟ در چه شرایطی نوسانات یک آونگ می تواند بدون میرا شود؟

رزونانس مکانیکی چیست؟ شرایط رزونانس چیست؟ انواع رزونانس. نمونه هایی از سیستم های تشدید کننده یک مظهر مفید و مضر رزونانس را مثال بزنید.

سیستم خود نوسانی چیست؟ نمونه ای از دستگاهی برای به دست آوردن نوسانات خود بیاورید. تفاوت بین خود نوسانی با نوسانات اجباری و آزاد چیست؟

به چه چیزی موج می گویند؟ ویژگی های اصلی فرآیند موج. انواع موج

به چه امواجی عرضی، طولی می گویند؟ چه تفاوتی بین آنها وجود دارد؟ امواج عرضی و طولی را مثال بزنید؟

کدام موج خطی، کروی، صفحه نامیده می شود؟ چه خواصی دارند؟

امواج چگونه از یک مانع منعکس می شوند؟ موج ایستاده چیست؟ ویژگی های اصلی آن. مثال بزن.

کاربرد فرآیندهای موجی آنتن تلسکوپ رادیویی چگونه تنظیم می شود؟

امواج صوتی و کاربردهای آنها

پاسخ ها:

1 نوسانات فرآیندهایی هستند که در یک درجه تکرار متفاوت هستند.

ارتعاشات وجود دارد: مکانیکی، الکترومغناطیسی، الکترومکانیکی.

نوسانات هارمونیک به نوساناتی گفته می شود که در آنها مقدار نوسان بر اساس قانون sin یا cos تغییر می کند.

ویژگی های اصلی یک نوسان هارمونیک: دامنه، طول موج، فرکانس.

2 نوسانات آزاد به نوساناتی گفته می شود که در یک سیستم پس از وارد شدن فشار به آن و یا خارج شدن از حالت تعادل به حال خود رها شده است.

نمونه ای از ارتعاشات آزاد: ارتعاشات یک توپ معلق روی یک نخ.

3 نوسانات اجباری را می گویند: نوساناتی که در طی آن سیستم نوسانی در معرض یک نیروی خارجی به طور متناوب در حال تغییر قرار می گیرد.

مثالی از ارتعاشات اجباری: ارتعاشات یک پل که زمانی اتفاق می‌افتد که مردم در امتداد آن قدم بردارند.

4 در یک حرکت نوسانی هماهنگ، انرژی از انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل و بالعکس منتقل می شود. مجموع انرژی ها برابر با حداکثر انرژی است.

5 طبق فرمول، انرژی مکانیکی کل در حین نوسانات هارمونیک جسم در لحظه عبور از نقطه تعادل تعیین می شود.
نقاط شدید حرکتی

6 نوسانات آزاد آونگ از آنجا که بدن تحت تأثیر نیرویی قرار می گیرد که از حرکت آن جلوگیری می کند (نیروهای اصطکاک، مقاومت) مرطوب می شود.

نوسانات آونگ می تواند بدون میرا شود اگر انرژی به طور مداوم تامین شود.

7 رزونانس - حداکثر افزایش دامنه.

شرایط تشدید: زمانی که فرکانس طبیعی سیستم باید با فرکانس انتقالی مطابقت داشته باشد.

نمونه هایی از سیستم های تشدید:

نمونه ای از مظاهر مفید رزونانس: مورد استفاده در آکوستیک، مهندسی رادیو (گیرنده رادیویی). نمونه ای از مظاهر مضر رزونانس: تخریب پل ها هنگام عبور ستون های راهپیمایی از روی آنها.

8 سیستم خود نوسانی - اینها نوساناتی هستند که با تأثیر نیروهای خارجی بر روی سیستم نوسانی همراه هستند، با این حال، لحظات زمانی که این اثرات انجام می شود توسط خود سیستم نوسانی تنظیم می شود - خود سیستم نیروهای خارجی را کنترل می کند.

نمونه ای از دستگاه برای به دست آوردن نوسانات خود: ساعتی که در آن آونگ در اثر انرژی یک وزنه برآمده یا فنر پیچ خورده ضربه هایی دریافت می کند و این ضربه ها در لحظه عبور آونگ از موقعیت وسط رخ می دهد.

تفاوت خود نوسانات با نوسانات اجباری و آزاد در این است که انرژی از بیرون به این سیستم تامین می شود اما این تامین انرژی توسط خود سیستم کنترل می شود.

9 موج نوسانی است که در طول زمان در فضا منتشر می شود.

ویژگی های فرآیند موج: طول موج، سرعت انتشار موج، دامنه موج

امواج عرضی و طولی هستند.

10 امواج عرضی - ذرات محیط نوسان می کنند و در صفحات عمود بر انتشار موج باقی می مانند.

امواج طولی - ذرات محیط در جهت انتشار موج در نوسان هستند.

نمونه ای از امواج عرضی امواج صوتی است، امواج طولی امواج رادیویی هستند.

11 موج خطی موجی است که در خطوط موازی منتشر می شود.

یک موج کروی از نقطه ای که باعث نوسان آن می شود در همه جهات منتشر می شود و تاج ها شبیه کره هستند.

موجی صاف در نظر گرفته می شود که سطوح موج آن مجموعه ای از صفحات موازی با یکدیگر باشد.

12 موج با همان زاویه معمولی که موج فرود در آن نقطه است منعکس می شود.

یک موج ایستاده در یک محیط همگن زمانی تشکیل می شود که دو موج یکسان از طریق این محیط به سمت یکدیگر انتشار می یابند: در حال حرکت و مقابل. در نتیجه برهم نهی (برهم نهی این اشکال)، یک موج ایستاده به وجود می آید.

مشخصات: دامنه، فرکانس.

به عنوان مثال: دو منبع موج در آب هستند، آنها همان موج را ایجاد می کنند، بین این منابع امواج ایستاده وجود خواهد داشت.

13 فرآیندهای موجی در انتقال سیگنال در فاصله استفاده می شود.

امواجی که روی صفحه آنتن می خورند به صورت موازی منعکس می شوند و در نقطه ای که رزونانس ایجاد می شود قطع می شوند.

14 امواج صوتی به صورت امواج مکانیکی طولی منتشر می شوند. سرعت انتشار این امواج به خواص مکانیکی محیط بستگی دارد و به فرکانس بستگی ندارد.

ادبیات:

Sivukhin D.V. دوره عمومیفیزیک، ج.، چ.2، §17. م.، "علم"، 1989.

Detlaf A.، A. Yavorsky B. M. "مدرسه عالی"، 1998.

گئورکیان آر.جی. شپل

Trofimoza T.I. درس فیزیک، م. "دبیرستان"، 1377.

Sazeleva I.V. درس فیزیک عمومی، ج 1، چ. 2، §15. M.، "Nauka"، 1977.

ناراکویچ I.I.، Volmyansky E.I.، Lobko S.I. فیزیک برای VTU ها - مینسک مدرسه تحصیلات تکمیلی. 1992

) نوساناتی که به دلیل انرژی وارد شده به سیستم در ابتدای حرکت نوسانی رخ می دهد (مثلاً در یک سیستم مکانیکی از طریق جابجایی اولیه بدن یا دادن سرعت اولیه به آن و در یک سیستم الکتریکی - یک نوسان. مدار - از طریق ایجاد بار اولیه روی صفحات خازن). دامنه نوسانات طبیعی، بر خلاف نوسانات اجباری، تنها با این انرژی تعیین می شود و فرکانس آنها توسط ویژگی های خود سیستم تعیین می شود. به دلیل اتلاف انرژی، نوسانات طبیعی همیشه نوسانات میرایی هستند. نمونه ای از ارتعاشات طبیعی صدای زنگ، گونگ، سیم پیانو و غیره است.

دایره المعارف مدرن. 2000 .

ببینید «نوسان‌های خود» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

ارتعاشات طبیعی- (ارتعاشات آزاد)، ارتعاشاتی که به دلیل انرژی وارد شده به سیستم در ابتدای حرکت نوسانی (مثلاً در یک سیستم مکانیکی از طریق جابجایی اولیه بدن یا دادن سرعت اولیه به آن و در یک سیستم الکتریکی رخ می دهد. ...... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

ارتعاشات در هر ارتعاشی. سیستمی که در غیاب تأثیر خارجی رخ می دهد. مانند (به ارتعاشات رایگان مراجعه کنید). دیکشنری دایره المعارف فیزیکی. مسکو: دایره المعارف شوروی. سردبیر A. M. Prokhorov. 1983 ... دایره المعارف فیزیکی

- (نوسانات آزاد) نوساناتی که می توان در یک سیستم نوسانی تحت تأثیر فشار اولیه برانگیخت. شکل و فرکانس ارتعاشات طبیعی توسط جرم و کشش برای ارتعاشات طبیعی مکانیکی و اندوکتانس و ... تعیین می شود. فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

- (نوسانات) ارتعاشات آزاد جسم یا مدار نوسانی با اینرسی، زمانی که تحت تأثیر نیروی خارجی دوره ای قرار نگیرند. S. K. یک دوره بسیار معین (دوره خود) دارند. به عنوان مثال، ارتعاشات کشتی پس از آن ... ... دیکشنری دریایی

ارتعاشات طبیعی- نوسانات آزاد در یکی از اشکال خود. [مجموعه اصطلاحات توصیه شده. مسئله 82. مکانیک سازه. آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی. کمیته اصطلاحات علمی و فنی. 1970] موضوعات مکانیک سازه، مقاومت مواد EN ... کتابچه راهنمای مترجم فنی

- (ارتعاشات آزاد)، ارتعاشاتی که می توان در یک سیستم نوسانی تحت عمل فشار اولیه برانگیخت. شکل و فرکانس نوسانات طبیعی مکانیکی با جرم و کشش و اندوکتانس الکترومغناطیسی و ... فرهنگ لغت دایره المعارفی

ارتعاشات طبیعی- savieji virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. نوسانات ویژه؛ نوسانات طبیعی؛ خود نوسانات vok. Eigenschwingungen، f rus. نوسانات طبیعی، n pranc. نوسانات propres, f … Fizikos terminų žodynas

ارتعاشات آزاد، ارتعاشاتی که در یک دینامیک رخ می دهد سیستم در غیاب تأثیر خارجی هنگامی که یک اغتشاش خارجی در لحظه اولیه به آن اطلاع داده می شود، که سیستم را از حالت تعادل خارج می کند. شخصیت S. to. عمدتاً توسط ... ... تعیین می شود. دایره المعارف ریاضی

ارتعاشات طبیعی- ▲ نوسانات فیزیکی نوسانات طبیعی مستقل [آزاد] تحت تأثیر فشار اولیه رخ می دهد. خود نوسانات خود برانگیختگی، وقوع خود به خودی نوسانات در سیستم تحت تأثیر تأثیرات خارجی است. طیف سه قلو ... فرهنگ لغت ایدئوگرافیک زبان روسی

نوسانات آزاد، نوسانات در یک سیستم مکانیکی، الکتریکی یا هر سیستم فیزیکی دیگری که در غیاب تأثیر خارجی به دلیل انرژی انباشته اولیه (به دلیل وجود جابجایی اولیه یا ... دایره المعارف بزرگ شوروی

کتاب ها

• گذشته پیچیده در جستجوی پاریس، یا بازگشت ابدی (مجموعه 3 کتاب)، میخائیل آلمانی. نثر سه جلدی نویسنده و مورخ هنر مشهور سن پترزبورگ میخائیل یوریویچ ژرمن شامل خاطرات «گذشته دشوار» و کتاب «در جستجوی پاریس، یا ابدی ...
• استرس به نام های مناسب در روسی مدرن، A. V. Superanskaya. این کتاب به تجزیه و تحلیل استرس در اسامی مناسببه زبان روسی مدرن این نمایشگاه شامل سه نوع نام خاص - نام شخصی، نام خانوادگی و نام جغرافیایی در ...

نوسانات- حرکاتی که دقیقاً یا تقریباً در فواصل زمانی مشخص تکرار می شوند.
ارتعاشات رایگان- نوسانات سیستم تحت تأثیر اجسام داخلی، پس از خارج شدن سیستم از حالت تعادل.
ارتعاشات یک وزنه آویزان از یک ریسمان یا یک وزنه متصل به فنر نمونه هایی از ارتعاشات آزاد هستند. پس از خارج کردن این سیستم ها از وضعیت تعادل، شرایطی ایجاد می شود که در آن اجسام بدون تأثیر نیروهای خارجی در نوسان هستند.
سیستم- گروهی از اجسام که حرکت آنها را مطالعه می کنیم.
نیروهای داخلی- نیروهایی که بین بدنه های سیستم عمل می کنند.
نیروهای خارجی- نیروهای وارد بر بدنه های سیستم از بدنه هایی که شامل آن نمی شوند.

شرایط وقوع نوسانات آزاد.

1. هنگامی که جسم از وضعیت تعادل خارج می شود، باید نیرویی در سیستم ایجاد شود که به سمت وضعیت تعادل هدایت می شود و بنابراین تمایل دارد بدن را به وضعیت تعادل بازگرداند.
   مثال:هنگامی که توپ متصل به فنر به سمت چپ و هنگامی که به سمت راست حرکت می کند، نیروی کشسان به سمت وضعیت تعادل هدایت می شود.
2. اصطکاک در سیستم باید به اندازه کافی کم باشد. در غیر این صورت، نوسانات به سرعت از بین می روند یا اصلا ظاهر نمی شوند. نوسانات مداوم فقط در صورت عدم وجود اصطکاک امکان پذیر است.

وجود داشته باشد انواع متفاوتنوسانات در فیزیک که با پارامترهای خاصی مشخص می شود. تفاوت های اصلی آنها را در نظر بگیرید، طبقه بندی بر اساس عوامل مختلف.

تعاریف اساسی

نوسان به عنوان فرآیندی درک می شود که در آن، در فواصل زمانی منظم، ویژگی های اصلی حرکت دارای مقادیر یکسانی هستند.

چنین نوساناتی دوره ای نامیده می شود که در آن مقادیر مقادیر اساسی در فواصل منظم (دوره نوسانات) تکرار می شوند.

انواع فرآیندهای نوسانی

اجازه دهید انواع اصلی نوسانات موجود در فیزیک بنیادی را در نظر بگیریم.

ارتعاشات آزاد ارتعاشاتی هستند که در سیستمی رخ می دهند که پس از شوک اولیه تحت تأثیر متغیرهای خارجی قرار نمی گیرند.

نمونه ای از نوسانات آزاد یک آونگ ریاضی است.

آن دسته از ارتعاشات مکانیکی که در سیستم تحت تأثیر یک نیروی متغیر خارجی رخ می دهد.

ویژگی های طبقه بندی

با توجه به ماهیت فیزیکی، انواع زیر از حرکات نوسانی متمایز می شود:

• مکانیکی؛
• حرارتی؛
• الکترومغناطیسی؛
• مختلط

با توجه به گزینه تعامل با محیط

انواع ارتعاشات از طریق تعامل با محیطچند گروه را تشخیص دهید

نوسانات اجباری در سیستم تحت عمل یک عمل تناوبی خارجی ظاهر می شوند. به عنوان نمونه ای از این نوع نوسان می توان حرکت دست ها، برگ ها را روی درختان در نظر گرفت.

برای نوسانات هارمونیک اجباری، ممکن است یک تشدید ظاهر شود، که در آن، با مقادیر مساوی فرکانس عمل خارجی و نوسانگر، با افزایش شدید دامنه.

ارتعاشات طبیعی در سیستم تحت تأثیر نیروهای داخلی پس از خارج شدن از حالت تعادل. ساده ترین نوع ارتعاشات آزاد، حرکت باری است که روی یک نخ معلق است یا به فنر متصل می شود.

خود نوسانی به انواعی گفته می شود که در آن سیستم دارای مقدار معینی انرژی پتانسیل است که برای ایجاد نوسان استفاده می شود. انگآنها این واقعیت است که دامنه با ویژگی های خود سیستم مشخص می شود و نه با شرایط اولیه.

برای نوسانات تصادفی، بار خارجی دارای یک مقدار تصادفی است.

پارامترهای اساسی حرکات نوسانی

انواع نوسانات دارای ویژگی های خاصی هستند که باید به طور جداگانه به آنها اشاره کرد.

دامنه حداکثر انحراف از موقعیت تعادل است، انحراف یک مقدار نوسان، آن را در متر اندازه گیری می شود.

دوره زمان یک نوسان کامل است که پس از آن مشخصه های سیستم تکرار می شود و در ثانیه محاسبه می شود.

فرکانس با تعداد نوسانات در واحد زمان تعیین می شود، با دوره نوسان معکوس متناسب است.

فاز نوسان وضعیت سیستم را مشخص می کند.

ویژگی ارتعاشات هارمونیک

این گونه نوسانات طبق قانون کسینوس یا سینوس رخ می دهد. فوریه موفق شد ثابت کند که هر نوسان تناوبی را می توان به عنوان مجموع تغییرات هارمونیک با گسترش یک تابع معین در

به عنوان مثال، آونگی را در نظر بگیرید که دوره و فرکانس چرخه ای مشخصی دارد.

مشخصه این نوع نوسانات چیست؟ فیزیک یک سیستم ایده آل را در نظر می گیرد که شامل نقطه مادی، که بر روی یک نخ غیر قابل امتداد بی وزن آویزان است، تحت تأثیر گرانش در نوسان است.

چنین انواع ارتعاشات دارای مقدار مشخصی انرژی هستند، آنها در طبیعت و تکنولوژی رایج هستند.

با حرکت نوسانی طولانی، مختصات مرکز جرم آن تغییر می کند و با جریان متناوب، مقدار جریان و ولتاژ در مدار تغییر می کند.

انواع مختلفی از نوسانات هارمونیک با توجه به ماهیت فیزیکی آنها وجود دارد: الکترومغناطیسی، مکانیکی و غیره.

تکان دادن به عنوان یک لرزش اجباری عمل می کند وسیله نقلیه، که در جاده ای ناهموار حرکت می کند.

تفاوت اصلی بین ارتعاشات اجباری و آزاد

این نوع نوسانات الکترومغناطیسی از نظر خصوصیات فیزیکی متفاوت هستند. وجود مقاومت متوسط ​​و نیروهای اصطکاک منجر به میرایی نوسانات آزاد می شود. در مورد نوسانات اجباری، تلفات انرژی با تامین اضافی آن از یک منبع خارجی جبران می شود.

دوره یک آونگ فنری به جرم بدن و سفتی فنر مربوط می شود. در مورد آونگ ریاضی، به طول نخ بستگی دارد.

با یک دوره مشخص، می توان فرکانس طبیعی سیستم نوسانی را محاسبه کرد.

در تکنولوژی و طبیعت، نوساناتی با ارزش های مختلففرکانس ها به عنوان مثال، آونگی که در کلیسای جامع سنت آیزاک در سنت پترزبورگ در نوسان است، فرکانس 0.05 هرتز دارد، در حالی که برای اتم ها چندین میلیون مگاهرتز است.

پس از مدت زمان معینی، میرایی نوسانات آزاد مشاهده می شود. به همین دلیل است که از نوسانات اجباری در عمل واقعی استفاده می شود. آنها در انواع ماشین های ارتعاشی مورد تقاضا هستند. چکش ارتعاشی یک ماشین لرزش شوک است که برای راندن لوله ها، شمع ها و سایر سازه های فلزی به داخل زمین در نظر گرفته شده است.

ارتعاشات الکترومغناطیسی

ویژگی های حالت های ارتعاش شامل تجزیه و تحلیل پارامترهای فیزیکی اصلی است: شارژ، ولتاژ، قدرت جریان. به عنوان یک سیستم ابتدایی، که برای مشاهده نوسانات الکترومغناطیسی استفاده می شود، یک مدار نوسانی است. از اتصال یک سیم پیچ و یک خازن به صورت سری تشکیل می شود.

هنگامی که مدار بسته می شود، نوسانات الکترومغناطیسی آزاد در آن ایجاد می شود که با تغییرات دوره ای در بار الکتریکی خازن و جریان در سیم پیچ همراه است.

آنها رایگان هستند به این دلیل که هنگام اجرای آنها تأثیر خارجی وجود ندارد، بلکه فقط انرژی ذخیره شده در خود مدار استفاده می شود.

در غیاب تأثیر خارجی، پس از مدت زمان معینی، تضعیف نوسان الکترومغناطیسی مشاهده می شود. دلیل این پدیده تخلیه تدریجی خازن و همچنین مقاومتی است که سیم پیچ در واقع دارد.

به همین دلیل است که نوسانات میرا در یک مدار واقعی رخ می دهد. کاهش شارژ خازن منجر به کاهش ارزش انرژی در مقایسه با مقدار اولیه آن می شود. به تدریج به صورت گرما روی سیم های رابط و سیم پیچ آزاد می شود و خازن کاملاً تخلیه می شود و نوسان الکترومغناطیسی کامل می شود.

اهمیت نوسانات در علم و فناوری

هر حرکتی که درجه خاصی از تکرار داشته باشد، نوسان است. به عنوان مثال، یک آونگ ریاضی با یک انحراف سیستماتیک در هر دو جهت از موقعیت عمودی اصلی مشخص می شود.

برای آونگ فنری، یک نوسان کامل مربوط به حرکت آن به بالا و پایین از موقعیت اولیه است.

در یک مدار الکتریکی که دارای ظرفیت خازن و اندوکتانس است، تکرار بار در صفحات خازن وجود دارد. علت حرکات نوسانی چیست؟ آونگ به این دلیل عمل می کند که گرانش باعث می شود که به موقعیت اولیه خود بازگردد. در مورد مدل فنر، عملکرد مشابهی توسط نیروی کشسان فنر انجام می شود. با عبور از موقعیت تعادل، بار دارای سرعت مشخصی است، بنابراین، با اینرسی، از حالت متوسط ​​عبور می کند.

نوسانات الکتریکی را می توان با تفاوت پتانسیلی که بین صفحات یک خازن باردار وجود دارد توضیح داد. حتی وقتی کاملاً تخلیه می شود، جریان از بین نمی رود، دوباره شارژ می شود.

در فناوری مدرن، از نوسانات استفاده می شود که به طور قابل توجهی در ماهیت، درجه تکرار، شخصیت و همچنین "مکانیسم" وقوع متفاوت است.

ارتعاشات مکانیکی توسط سیم های آلات موسیقی، امواج دریا و آونگ ایجاد می شود. هنگام انجام فعل و انفعالات مختلف، نوسانات شیمیایی مرتبط با تغییر غلظت واکنش دهنده ها در نظر گرفته می شود.

نوسانات الکترومغناطیسی امکان ایجاد دستگاه های فنی مختلف، به عنوان مثال، تلفن، دستگاه های پزشکی اولتراسونیک را فراهم می کند.

نوسانات روشنایی قیفاووس از علاقه خاصی در اخترفیزیک است و دانشمندان کشورهای مختلف در حال مطالعه آنها هستند.

نتیجه

همه انواع نوسانات ارتباط نزدیکی با تعداد زیادی از فرآیندهای فنی و پدیده های فیزیکی دارند. اهمیت عملی آنها در ساخت هواپیما، کشتی سازی، ساخت مجتمع های مسکونی، مهندسی برق، الکترونیک رادیویی، پزشکی و علوم بنیادی بسیار زیاد است. نمونه ای از یک فرآیند نوسانی معمولی در فیزیولوژی حرکت عضله قلب است. ارتعاشات مکانیکی در شیمی آلی و معدنی، هواشناسی و همچنین در بسیاری از علوم طبیعی دیگر یافت می شود.

اولین مطالعات آونگ ریاضی در قرن هفدهم انجام شد و در پایان قرن نوزدهم، دانشمندان توانستند ماهیت نوسانات الکترومغناطیسی را مشخص کنند. دانشمند روسی الکساندر پوپوف، که به عنوان "پدر" ارتباطات رادیویی شناخته می شود، آزمایش های خود را دقیقاً بر اساس نظریه نوسانات الکترومغناطیسی، نتایج تحقیقات تامسون، هویگنز و ریلی انجام داد. او موفق شد یک کاربرد عملی برای نوسانات الکترومغناطیسی بیابد تا از آنها برای انتقال سیگنال رادیویی در فاصله طولانی استفاده کند.

آکادمیسین P. N. Lebedev برای سالهای متمادی آزمایش های مربوط به تولید نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا را با استفاده از میدان های الکتریکی متناوب انجام داد. از طریق آزمایش های متعدد مربوط به انواع مختلفدر نوسانات، دانشمندان موفق به یافتن مناطق استفاده بهینه از آنها شدند علم مدرنو تکنولوژی