Types d'oscillations et leurs définitions. Vibrations : mécaniques et électromagnétiques
1. Fluctuations.
2. Vibrations mécaniques.
3. Transformations d'énergie lors de vibrations mécaniques.
4. La période des oscillations.
5. Fréquence d'oscillation.
6. Fréquence d'oscillation cyclique.
7. Amplitude des oscillations mécaniques.
8. Vibrations harmoniques.
9. Phase de l'oscillation harmonique.
10. Représentation analytique des oscillations.
11. Représentation graphique des vibrations.
12. La vitesse d'un point dans une oscillation harmonique.
13. Accélération d'un point dans une oscillation harmonique.
14. Dynamique de l'oscillation harmonique.
15. Période d'oscillation d'un pendule à ressort.
16. Pendule mathématique. force quasi élastique.
17. Oscillations d'un corps flottant à la surface d'un liquide.
18. Oscillations d'un liquide homogène dans un tube en forme de U.
19. Oscillations d'un corps dans un bol sphérique.
20. Énergie d'oscillation harmonique.
21. Vibrations amorties.
22. Vibrations forcées.
23. Résonance.
24. Vibrations libres. Fréquence propre.
25. Auto-oscillations.
1. Fluctuations. Les oscillations sont généralement appelées changements périodiques de l'état du système, dans lesquels les valeurs de divers grandeurs physiques caractérisent ce système. Par exemple, les changements périodiques de la pression et de la densité de l'air, de la tension et du courant électrique sont des fluctuations de ces quantités.
Mathématiquement, la périodicité signifie que si - est une fonction périodique du temps avec une période J, alors pour tout tégalité 
2. Vibrations mécaniques- des mouvements corporels répétés exactement ou presque exactement à intervalles réguliers.
Les vibrations mécaniques se produisent dans les systèmes qui ont une position d'équilibre stable. Selon le principe de l'énergie potentielle minimale, en position d'équilibre stable, l'énergie potentielle du système est minimale. Lorsqu'un corps est retiré d'une position d'équilibre stable, son énergie potentielle augmente. Dans ce cas, une force apparaît dirigée vers la position d'équilibre (force de rappel), et plus le corps s'écarte de la position d'équilibre, plus son énergie potentielle est grande et plus le module de la force de rappel est grand. Par exemple, lorsqu'un pendule à ressort s'écarte de la position d'équilibre, le rôle de la force de rappel est joué par la force élastique, dont le module change proportionnellement à l'écart , où Xécart du pendule par rapport à la position d'équilibre. L'énergie potentielle d'un pendule à ressort change proportionnellement au carré du déplacement.
De même, il y a des oscillations d'un pendule à filament et d'une boule se déplaçant le long du fond d'un bol sphérique de rayon R, qui peut être considéré comme un fil pendule avec une longueur de fil égale au rayon du bol (Fig. 78).
3.Transformations d'énergie lors de vibrations mécaniques. S'il n'y a pas de forces de frottement, l'énergie mécanique totale d'un corps oscillant reste constante. Au cours des oscillations, des transformations mutuelles périodiques de l'énergie potentielle et cinétique du corps se produisent. Menons le raisonnement sur l'exemple des oscillations d'un pendule à fil. Pour simplifier le raisonnement, on prend l'énergie potentielle du pendule en position d'équilibre égale à zéro. En position déviée extrême, l'énergie potentielle du pendule est maximale, et l'énergie cinétique est nulle, car. dans cette position le pendule est au repos. Lors du déplacement vers la position d'équilibre, la hauteur du pendule au-dessus de la surface de la Terre diminue et l'énergie potentielle diminue, tandis que sa vitesse et son énergie cinétique augmentent. Dans la position d'équilibre, l'énergie potentielle est nulle et l'énergie cinétique est maximale. En continuant à se déplacer par inertie, le pendule passe la position d'équilibre. Après avoir dépassé la position d'équilibre, l'énergie cinétique du pendule diminue, mais son énergie potentielle augmente. Lorsque le pendule s'arrêtera, son énergie cinétique deviendra égale à zéro, et l'énergie potentielle atteindra un maximum et tout se répétera dans l'ordre inverse.
Selon la loi de conservation de l'énergie, l'énergie potentielle du pendule en position extrême déviée est égale à son énergie cinétique au moment du passage par la position d'équilibre.
Dans le processus d'oscillation à tout moment, l'énergie mécanique totale du pendule est égale à son potentiel dans la position extrême déviée ou à l'énergie cinétique au moment du passage de la position d'équilibre
où la hauteur du pendule en position extrême déviée, la vitesse au moment du passage par la position d'équilibre.
4. Période d'oscillation- l'intervalle de temps minimum après lequel le mouvement se répète, ou l'intervalle de temps pendant lequel une oscillation complète se produit. Période ( J) est mesuré en secondes.
5. Fréquence d'oscillation- détermine le nombre d'oscillations complètes effectuées en une seconde. La fréquence et la période sont liées par
La fréquence est mesurée en hertz (Hz). Un hertz correspond à une oscillation complète en une seconde.
6. Fréquence cyclique ou fréquence circulaire détermine le nombre d'oscillations complètes par seconde
La fréquence est une valeur positive , .
7. Amplitude des vibrations mécaniques est l'écart maximal du corps par rapport à la position d'équilibre. Dans le cas général des oscillations, l'amplitude est la valeur maximale que prend une grandeur physique changeant périodiquement.
8. Vibrations harmoniques- les oscillations dont la valeur oscillante change selon la loi du sinus ou du cosinus (selon la loi harmonique) :
Voici l'amplitude d'oscillation, fréquence cyclique.
9. Phase de l'oscillation harmonique - ordre de grandeur , placé sous le signe du sinus ou du cosinus. La phase détermine la valeur de la grandeur fluctuante à un instant donné, la phase initiale, c'est-à-dire à l'instant du début de la référence de temps L'exemple le plus simple d'oscillations harmoniques est l'oscillation de la projection sur les axes de coordonnées du point m se déplaçant uniformément le long d'un cercle de rayon MAIS en avion XOY, dont le centre coïncide avec l'origine (Fig. 79)
Pour simplifier, nous posons , c'est-à-dire alors
De nombreux systèmes oscillatoires bien connus ne peuvent être considérés comme harmoniques qu'approximativement pour de très petites déviations. La condition principale de l'oscillation harmonique est la constance de la fréquence et de l'amplitude cycliques. Par exemple, lorsqu'un pendule à fil oscille, l'angle de déviation par rapport à la verticale change de manière inégale, c'est-à-dire la fréquence cyclique n'est pas constante. Si les écarts sont très faibles, alors le mouvement du pendule est très lent et l'irrégularité du mouvement peut être négligée, en supposant . Plus le mouvement est lent, plus la résistance du milieu est faible, plus la perte d'énergie est faible et plus le changement d'amplitude est faible.
Ainsi, de petites oscillations peuvent être approximativement considérées comme harmoniques.
10. Représentation analytique des vibrations- enregistrement de la valeur fluctuante sous la forme d'une fonction exprimant la dépendance de la valeur au temps.
11. Représentation graphique des vibrations - représentation des oscillations sous forme de graphe d'une fonction dans les axes de coordonnées OX et t.
Par exemple, les oscillations analytiquement harmoniques sont écrites sous la forme , et sa représentation graphique est représentée par une sinusoïde - une ligne continue sur la Fig.80.
12.Vitesse ponctuelle en oscillation harmonique– on obtient, en dérivant par rapport au temps, la fonction X(t)
Où est l'amplitude de vitesse, proportionnelle à la fréquence cyclique et à l'amplitude de déplacement.
Donc la vitesse V selon une loi sinusoïdale de même période T, qui est le décalage X dans 
. La phase de vitesse précède la phase de déplacement de . Cela signifie que la vitesse est maximale lorsque le point passe la position d'équilibre, et aux déplacements maximaux du point, sa vitesse est nulle. Le graphique de vitesse est représenté par une ligne pointillée sur la Fig. 80
13. Accélération d'un point lors d'oscillations harmoniques obtenu en différenciant la vitesse par rapport au temps ou en différenciant le déplacement X deux fois dans le temps :
Où est l'amplitude d'accélération proportionnelle à l'amplitude de déplacement et au carré de la fréquence cyclique.
L'accélération d'un point lors d'oscillations harmoniques évolue selon une loi sinusoïdale de même période J, qui est le déplacement à l'intérieur 
La phase d'accélération précède la phase de déplacement de . L'accélération est égale à zéro au moment où le point passe la position d'équilibre.Sur la figure 81, le graphique d'accélération est représenté par une ligne pointillée, la ligne continue représente le graphique de déplacement.
Considérant que nous écrivons l'accélération sous la forme
Ceux. l'accélération dans une oscillation harmonique est proportionnelle au déplacement et est toujours dirigée vers la position d'équilibre (contre le déplacement). En s'éloignant de la position d'équilibre, le point se déplace rapidement, en s'approchant de la position d'équilibre, le point se déplace rapidement.
14. Dynamique de l'oscillation harmonique. En multipliant l'accélération d'un point qui fait une oscillation harmonique, par sa masse, on obtient, selon la deuxième loi de Newton, la force agissant sur le point
Dénotons Maintenant, nous écrivons la force agissant sur le point
Il découle de la dernière égalité que les oscillations harmoniques sont causées par une force proportionnelle au déplacement et dirigée contre le déplacement, c'est-à-dire à la position d'équilibre.
15. Période d'oscillation d'un pendule à ressort. Un pendule à ressort oscille sous l'action d'une force élastique
Une force proportionnelle au déplacement et dirigée vers la position d'équilibre provoque des oscillations harmoniques du point. Par conséquent, les oscillations d'un pendule à ressort sont harmoniques. Le coefficient de rigidité est
Gardant à l'esprit que nous obtenons la période d'oscillations libres du pendule à ressort
La fréquence du pendule à ressort est
.
15. Pendule mathématique- un point matériel suspendu à un fil infiniment fin, en apesanteur, inextensible, oscillant dans un plan vertical, sous l'action de la gravité.
Une charge suspendue à un fil, dont les dimensions sont négligeables devant la longueur du fil, peut être approximativement considérée comme un pendule mathématique. Souvent, un tel pendule est appelé pendule à fil.
Considérons les petites oscillations d'un pendule mathématique de longueur je. En position d'équilibre, la force de gravité est équilibrée par la tension du fil, c'est-à-dire .
Si nous dévions le pendule d'un petit angle, alors la force de gravité et la force de tension, dirigées obliquement l'une par rapport à l'autre, s'additionnent pour former la force résultante, qui est dirigée vers la position d'équilibre. Dans la Fig. 82, la déviation du pendule par rapport à la verticale est
L'angle est si petit que la fréquence cyclique, c'est-à-dire la vitesse angulaire de rotation du fil peut être considérée comme constante. On écrit donc le déplacement du pendule sous la forme
Ainsi, les petites oscillations d'un pendule mathématique sont des oscillations harmoniques. De la Fig. 82 il s'ensuit que la force est mais donc
Où m, g, et je valeurs constantes. Notons et obtenons le module de la force de rappel sous la forme . Si l'on tient compte du fait que la force est toujours dirigée vers la position d'équilibre, c'est-à-dire contre le biais, alors on écrit son expression sous la forme .
Ainsi, la force provoquant les oscillations d'un pendule mathématique est proportionnelle au déplacement et dirigée contre le déplacement, comme dans le cas des oscillations d'un pendule à ressort, c'est-à-dire que la nature de cette force est la même que la force élastique. Mais par nature, la force élastique est une force électromagnétique. La force qui provoque les oscillations d'un pendule mathématique est par nature une force gravitationnelle - non électromagnétique, elle est donc appelée quasi-élastique de force. Toute force qui agit comme une force élastique qui n'est pas de nature électromagnétique est appelée une force quasi-élastique. Cela nous permet d'écrire l'expression de la période d'oscillation d'un pendule mathématique sous la forme
.
Il découle de cette égalité que la période d'oscillation d'un pendule mathématique ne dépend pas de la masse du pendule, mais dépend de sa longueur et de l'accélération de la chute libre. Connaissant la période d'oscillation d'un pendule mathématique et sa longueur, il est possible de déterminer l'accélération de la chute libre en tout point de la surface de la Terre.
17. Vibrations d'un corps flottant à la surface d'un liquide. Pour simplifier, considérons un corps de masse m sous la forme d'un cylindre avec une surface de base S Le corps flotte partiellement immergé dans un liquide dont la densité est (Fig. 83).
Soit la profondeur d'immersion en position d'équilibre. Dans ce cas, la résultante de la force d'Archimède et de la force de gravité est égale à zéro
.
Si vous changez la profondeur d'immersion en X alors la force d'Archimède deviendra égale et le module de la force résultante F devient différent de zéro
Étant donné que 
on a
Désignant , le module de force F comme
Si la profondeur d'immersion augmente, c'est-à-dire le corps descend, la force d'Archimède devient supérieure à la force de gravité et la résultante F dirigée vers le haut, c'est-à-dire contre le déplacement. Si la profondeur d'immersion diminue, c'est-à-dire se déplace vers le haut à partir de la position d'équilibre, la force d'Archimède devient inférieure à la force de gravité et la résultante F dirigé vers le bas, c'est-à-dire contre le déplacement.
Alors la force F toujours dirigé contre le déplacement et son module est proportionnel au déplacement
Cette force est quasi-élastique et elle provoque des oscillations harmoniques d'un corps flottant à la surface d'un liquide. La période de ces oscillations est calculée par la formule commune aux oscillations harmoniques
.
18. Oscillations d'un liquide homogène dans un tube en U. Soit un fluide homogène de masse m, dont la densité est versée dans un tube en forme de U, dont la section transversale S(Fig.84) Dans un état d'équilibre, les hauteurs des colonnes dans les deux coudes du tube sont les mêmes, selon la loi des vases communicants pour un liquide homogène.
Si le liquide est hors d'équilibre, les hauteurs des colonnes de liquide dans les genoux changeront périodiquement, c'est-à-dire le liquide dans le tube oscillera.
Soit à un moment donné la hauteur de la colonne de liquide dans le genou droit soit X Suite. qu'à gauche. Cela signifie que le liquide dans le tube est affecté par la gravité du liquide dans une colonne d'une hauteur X, , où est le volume de la colonne de liquide avec la hauteur X. Le produit est une constante, donc .
Alors le module de force F est proportionnelle à la différence des hauteurs des colonnes de liquide dans les coudes, c'est-à-dire proportionnelle au déplacement du liquide dans le tube. La direction de cette force est toujours opposée au déplacement, c'est-à-dire
Par conséquent, cette force provoque des oscillations harmoniques du liquide dans le tube. On écrit la période de ces oscillations selon la règle des oscillations harmoniques
19. Oscillations d'un corps dans un bol sphérique. Laisser glisser le corps sans frottement dans un bol sphérique de rayon R(Fig. 78). Avec de petits écarts par rapport à la position d'équilibre, les oscillations de ce corps peuvent être considérées comme des oscillations harmoniques d'un pendule mathématique dont la longueur est égale à R, avec une période égale à
20. Énergie d'oscillation harmonique. A titre d'exemple, considérons l'oscillation d'un pendule à ressort. Lorsqu'il est décalé X
Si la force de frottement est très élevée, les oscillations amorties ne se produisent pas. Le corps, déséquilibré par des forces quelconques, après la fin de l'action de ces forces, revient à la position d'équilibre et s'arrête. Un tel mouvement est appelé apériodique (non périodique). Le graphique de mouvement apériodique est illustré à la Fig.86.
22. Vibration forcée- les oscillations non amorties du système, qui sont causées par des forces externes changeant périodiquement dans le temps (forces de forçage).
Si la force motrice change selon la loi harmonique
, où l'amplitude de la force motrice est sa fréquence cyclique, alors des oscillations harmoniques forcées avec une fréquence cyclique égale à la fréquence de la force motrice peuvent être établies dans le système
.
23. Résonance- une forte augmentation de l'amplitude des oscillations forcées lorsque la fréquence de la force motrice coïncide avec la fréquence des oscillations libres du système. Si l'oscillation se produit dans un milieu résistant, alors le tracé de la dépendance de l'amplitude des oscillations forcées sur la fréquence de la force motrice ressemble à la Fig. 87
La force motrice, dont la fréquence coïncide avec la fréquence des oscillations libres du système, même avec de très faibles amplitudes de la force motrice, peut provoquer des oscillations de très grande amplitude.
24. Vibrations gratuites. Fréquence propre du système. Les vibrations libres sont les vibrations d'un système qui se produisent sous l'action de ses forces internes. Pour un pendule à ressort, la force interne est la force élastique. Pour un pendule mathématique, qui se compose du pendule lui-même et de la Terre, la force interne est la gravité. Pour un corps flottant à la surface d'un liquide, la force interne est la force d'Archimède.
25. Auto-oscillations- des oscillations non amorties se produisant dans le milieu, dues à une source d'énergie qui n'a pas de propriétés oscillatoires, compensant les pertes d'énergie pour vaincre les forces de frottement. Les systèmes auto-oscillants reçoivent des portions égales d'énergie à des intervalles de temps égaux, par exemple après une période. Les horloges sont un exemple de système auto-oscillant.
Université technique nationale biélorusse
Département de "Physique Technique"
Laboratoire de Mécanique et Physique Moléculaire
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pour travaux de laboratoire SP 1
“Vibrations et Ondes.
Complété par: étudiant gr.107624
Khikhol I.P.
Vérifié par: Fedotenko A.V.
Minsk 2004
Des questions:
Quel mouvement est appelé oscillatoire ? Types de fluctuations ? Quelles vibrations sont appelées harmoniques ? Caractéristiques de base de l'oscillation harmonique.
Quelles vibrations sont dites libres ? Donnez des exemples de vibrations libres.
Quelles vibrations sont dites forcées ? Donner des exemples d'oscillations forcées.
Décrire le processus de conversion d'énergie pendant un mouvement oscillatoire harmonique, en utilisant l'exemple d'un pendule mathématique ou à ressort.
Par quelle formule l'énergie mécanique totale est-elle déterminée lors de l'oscillation harmonique du corps au moment du passage du point d'équilibre et des points extrêmes du mouvement.
Pourquoi les oscillations libres d'un pendule s'amortissent-elles ? Dans quelles conditions les oscillations d'un pendule peuvent-elles devenir non amorties ?
Qu'est-ce que la résonance mécanique ? Quelle est la condition de résonance ? Types de résonance. Exemples de systèmes résonnants. Donnez un exemple de manifestation utile et nuisible de résonance.
Qu'est-ce qu'un système auto-oscillant ? Donner un exemple de dispositif permettant d'obtenir des auto-oscillations. Quelle est la différence entre les auto-oscillations et les oscillations forcées et libres ?
Qu'appelle-t-on une vague ? Les principales caractéristiques du processus d'onde. Types de vagues.
Quelles ondes sont appelées transversales, longitudinales ? Quelle est la différence entre eux? Donnez des exemples d'ondes transversales et longitudinales ?
Quelle onde est dite linéaire, sphérique, plane ? Quelles propriétés ont-ils ?
Comment les ondes sont-elles réfléchies par un obstacle ? Qu'est-ce qu'une onde stationnaire ? Ses principales caractéristiques. Donne des exemples.
Application des processus ondulatoires. Comment est disposée une antenne de radiotélescope ?
Les ondes sonores et leurs applications.
Réponses:
1 Les oscillations sont des processus qui diffèrent par un degré ou un autre de répétition.
Il y a des vibrations : mécaniques, électromagnétiques, électromécaniques.
Les oscillations harmoniques sont les oscillations dans lesquelles la valeur d'oscillation change selon la loi sin ou cos.
Les principales caractéristiques d'une oscillation harmonique : amplitude, longueur d'onde, fréquence.
2 Les oscillations libres sont appelées : oscillations qui se produisent dans un système laissé à lui-même après qu'on lui ait donné une poussée ou qu'il ait été mis hors d'équilibre
Un exemple de vibrations libres : vibrations d'une bille suspendue à un fil.
3 Les oscillations forcées sont appelées : oscillations, au cours desquelles le système oscillant est exposé à une force extérieure changeant périodiquement.
Un exemple de vibrations forcées : les vibrations d'un pont qui se produisent lorsque les gens marchent dessus en marchant au pas.
4 Dans un mouvement d'oscillation harmonique, l'énergie passe de l'énergie cinétique à l'énergie potentielle et vice versa. La somme des énergies est égale à l'énergie maximale.
5 Selon la formule, l'énergie mécanique totale est déterminée lors de l'oscillation harmonique du corps au moment du passage du point d'équilibre, 
points extrêmes de mouvement.
6 Les oscillations libres du pendule s'amortissent lorsque le corps est affecté par une force qui empêche son mouvement (forces de frottement, de résistance).
Les oscillations du pendule peuvent devenir non amorties si l'énergie est constamment fournie.
7 Résonance - l'augmentation maximale de l'amplitude.
Condition de résonance : lorsque la fréquence propre du système doit correspondre à la translation.
Exemples de systèmes résonants :
Un exemple de manifestation utile de résonance: utilisé en acoustique, ingénierie radio (récepteur radio). Un exemple de manifestation néfaste de résonance : la destruction de ponts lors du passage de colonnes en marche.
8 Système auto-oscillant - ce sont des oscillations accompagnées de l'influence de forces externes sur le système oscillatoire, cependant, les moments où ces effets se produisent sont fixés par le système oscillatoire lui-même - le système lui-même contrôle les forces externes.
Un exemple de dispositif pour obtenir des auto-oscillations : une horloge dans laquelle le pendule reçoit des chocs dus à l'énergie d'un poids soulevé ou d'un ressort tordu, et ces chocs se produisent au moment où le pendule passe par la position médiane.
La différence entre les auto-oscillations et les oscillations forcées et libres est que l'énergie est fournie à ce système de l'extérieur, mais cette alimentation en énergie est contrôlée par le système lui-même.
9 Une onde est une oscillation qui se propage dans l'espace au fil du temps.
Caractéristiques du processus ondulatoire : longueur d'onde, vitesse de propagation des ondes, amplitude des ondes
Les ondes sont transversales et longitudinales.
10 Ondes transversales - les particules du milieu oscillent, restant dans des plans perpendiculaires à la propagation de l'onde.
Ondes longitudinales - les particules du milieu oscillent dans le sens de la propagation des ondes
Un exemple d'ondes transversales sont les ondes sonores, les ondes longitudinales sont les ondes radio.
11 Une onde linéaire est une onde qui se propage en lignes parallèles.
Une onde sphérique se propage dans toutes les directions à partir du point qui la fait osciller, et les crêtes ressemblent à des sphères.
Une onde est considérée comme plate si ses surfaces d'onde sont un ensemble de plans parallèles les uns aux autres.
12 L'onde est réfléchie au même angle par rapport à la normale que l'onde incidente en ce point.
Une onde stationnaire se forme dans un milieu homogène lorsque deux ondes identiques se propagent l'une vers l'autre à travers ce milieu : passante et venant en sens inverse. À la suite de la superposition (superposition de ces formes), une onde stationnaire apparaît.
Caractéristiques : amplitude, fréquence.
Exemple : deux sources de vagues sont dans l'eau, elles créent la même vague, il y aura des ondes stationnaires entre ces sources.
13 Les processus ondulatoires sont utilisés dans la transmission de signaux à distance.
Les ondes incidentes sur le plan de l'antenne sont réfléchies en parallèle et se croisent en un point où se produit la résonance
14 Les ondes sonores se propagent sous forme d'ondes mécaniques longitudinales. La vitesse de propagation de ces ondes dépend des propriétés mécaniques du milieu et ne dépend pas de la fréquence.
Littérature:
Sivukhin D.V. Cours général physique, v., ch.2, §17. M., "Sciences", 1989.
Detlaf A., A. Yavorsky BM "École supérieure", 1998.
Gevorkyan R.G. Shepel
Trofimoza T.I. Cours de Physique, M. "Ecole Supérieure", 1998.
Sazeleva I.V. Cours de physique générale, tome 1, ch. 2, §15. M., "Sciences", 1977.
Narakevich I.I., Volmyansky E.I., Lobko S.I. Physique pour les VTU. -Minsk. Lycée. 1992
), les oscillations qui se produisent en raison de l'énergie transmise au système au début du mouvement oscillatoire (par exemple, dans un système mécanique par le déplacement initial du corps ou en lui donnant une vitesse initiale, et dans un système électrique - un oscillatoire circuit - par la création d'une charge initiale sur les plaques du condensateur). L'amplitude des oscillations naturelles, contrairement aux oscillations forcées, n'est déterminée que par cette énergie, et leur fréquence est déterminée par les propriétés du système lui-même. En raison de la dissipation d'énergie, les oscillations naturelles sont toujours des oscillations amorties. Un exemple de vibrations naturelles est le son d'une cloche, d'un gong, d'une corde de piano, etc.
Encyclopédie moderne. 2000 .
Voyez ce que "OWN OSCILLATIONS" est dans d'autres dictionnaires :
Vibrations naturelles- (vibrations libres), vibrations qui se produisent en raison de l'énergie communiquée au système au début du mouvement oscillatoire (par exemple, dans un système mécanique par le déplacement initial du corps ou lui donnant une vitesse initiale, et dans un système électrique ... ... Dictionnaire encyclopédique illustré
Vibrations en toute vibration. système se produisant en l'absence d'influence extérieure ; identique à (voir VIBRATIONS GRATUITES). Dictionnaire encyclopédique physique. Moscou : Encyclopédie soviétique. Rédacteur en chef A.M. Prokhorov. 1983... Encyclopédie physique
- (oscillations libres) oscillations qui peuvent être excitées dans un système oscillatoire sous l'influence d'une poussée initiale. La forme et la fréquence des vibrations naturelles sont déterminées par la masse et l'élasticité pour les vibrations naturelles mécaniques et l'inductance et ... ... Grand dictionnaire encyclopédique
- (Oscillations) vibrations libres d'un corps ou d'un circuit oscillant par inertie, lorsqu'ils ne sont pas affectés par une force externe périodique. S. K. ont une période bien définie (propre période); par exemple. les vibrations du navire après lui ... ... Dictionnaire marin
vibrations naturelles- Oscillations libres sur l'une de ses propres formes. [Recueil de termes recommandés. Numéro 82. Mécanique des structures. Académie des sciences de l'URSS. Comité de terminologie scientifique et technique. 1970] Thèmes mécanique des structures, résistance des matériaux EN ... Manuel du traducteur technique
- (vibrations libres), vibrations susceptibles d'être excitées dans un système oscillant sous l'action d'une poussée initiale. La forme et la fréquence des oscillations naturelles mécaniques sont déterminées par la masse et l'élasticité, ainsi que par l'inductance électromagnétique et ... ... Dictionnaire encyclopédique
vibrations naturelles- savieji virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys : angl. oscillations propres ; oscillations naturelles ; auto-oscillations vok. Eigenschwingungen, f rus. oscillations naturelles, n pranc. oscillations propres, f … Fizikos terminų žodynas
Vibrations libres, vibrations qui se produisent dans une dynamique système en l'absence d'influence extérieure lorsqu'une perturbation extérieure lui est communiquée à l'instant initial, ce qui met le système hors d'équilibre. Le caractère de S. to. est principalement déterminé par ... ... Encyclopédie mathématique
vibrations naturelles- ▲ oscillations physiques des oscillations [libres] naturelles indépendantes se produisent sous l'influence de la poussée initiale. auto-oscillations. l'auto-excitation est l'apparition spontanée d'oscillations dans le système sous l'influence d'influences extérieures. spectre. triplette... Dictionnaire idéographique de la langue russe
Oscillations libres, oscillations dans un système mécanique, électrique ou tout autre système physique, se produisant en l'absence d'influence extérieure due à l'énergie initialement accumulée (due à la présence d'un déplacement initial ou ... Grande Encyclopédie soviétique
Livres
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fluctuation- des mouvements qui se répètent exactement ou approximativement à certains intervalles de temps.
Vibrations gratuites- les fluctuations du système sous l'action des corps internes, après que le système est sorti de l'équilibre.
Les vibrations d'un poids suspendu à une corde ou d'un poids attaché à un ressort sont des exemples de vibrations libres. Après avoir retiré ces systèmes de la position d'équilibre, des conditions sont créées dans lesquelles les corps oscillent sans l'influence de forces extérieures.
Système- un groupe de corps dont on étudie le mouvement.
Forces internes- les forces agissant entre les corps du système.
Forces extérieures- les forces agissant sur les corps du système à partir des corps qui n'y sont pas inclus.
Conditions d'apparition des oscillations libres.
- Lorsque le corps est retiré de la position d'équilibre, une force doit apparaître dans le système dirigée vers la position d'équilibre et, par conséquent, tendant à ramener le corps vers la position d'équilibre.
Exemple: lorsque la bille attachée au ressort se déplace vers la gauche et lorsqu'elle se déplace vers la droite, la force élastique est dirigée vers la position d'équilibre. - Le frottement dans le système doit être suffisamment faible. Sinon, les oscillations s'éteindront rapidement ou n'apparaîtront pas du tout. Les oscillations continues ne sont possibles qu'en l'absence de frottement.
Exister différents types oscillations en physique, caractérisées par certains paramètres. Considérez leurs principales différences, la classification en fonction de divers facteurs.
Définitions basiques
L'oscillation est comprise comme un processus dans lequel, à intervalles réguliers, les principales caractéristiques du mouvement ont les mêmes valeurs.
De telles oscillations sont appelées périodiques, dans lesquelles les valeurs des quantités de base sont répétées à intervalles réguliers (période d'oscillations).
Variétés de processus oscillatoires
Considérons les principaux types d'oscillations qui existent en physique fondamentale.
Les vibrations libres sont celles qui se produisent dans un système qui n'est pas soumis à des influences variables externes après le choc initial.
Un exemple d'oscillations libres est un pendule mathématique.
Ces types de vibrations mécaniques qui se produisent dans le système sous l'action d'une force externe variable.
Caractéristiques du classement
Selon la nature physique, on distingue les types de mouvements oscillatoires suivants :
- mécanique;
- thermique;
- électromagnétique;
- mixte.
Selon l'option d'interaction avec l'environnement
Types de vibrations par interaction avec environnement distinguer plusieurs groupes.
Des oscillations forcées apparaissent dans le système sous l'action d'une action périodique externe. Comme exemples de ce type d'oscillation, on peut considérer le mouvement des mains, des feuilles sur les arbres.
Pour les oscillations harmoniques forcées, une résonance peut apparaître, dans laquelle, avec des valeurs égales de la fréquence de l'action externe et de l'oscillateur, avec une forte augmentation de l'amplitude.
Vibrations naturelles dans le système sous l'influence des forces internes après qu'il soit sorti de l'équilibre. La variante la plus simple des vibrations libres est le mouvement d'une charge suspendue à un fil ou attachée à un ressort.
Les auto-oscillations sont appelées types dans lesquels le système a une certaine quantité d'énergie potentielle utilisée pour faire des oscillations. poinçonner leur est le fait que l'amplitude est caractérisée par les propriétés du système lui-même, et non par les conditions initiales.
Pour les oscillations aléatoires, la charge externe a une valeur aléatoire.
Paramètres de base des mouvements oscillatoires
Tous les types d'oscillations ont certaines caractéristiques, qui doivent être mentionnées séparément.
L'amplitude est l'écart maximal par rapport à la position d'équilibre, l'écart d'une valeur fluctuante, elle est mesurée en mètres.
La période est le temps d'une oscillation complète, après quoi les caractéristiques du système sont répétées, calculées en secondes.
La fréquence est déterminée par le nombre d'oscillations par unité de temps, elle est inversement proportionnelle à la période d'oscillation.
La phase d'oscillation caractérise l'état du système.
Caractéristique des vibrations harmoniques
De tels types d'oscillations se produisent selon la loi du cosinus ou du sinus. Fourier a réussi à établir que toute oscillation périodique peut être représentée comme une somme de changements harmoniques en développant une certaine fonction dans
A titre d'exemple, considérons un pendule ayant une certaine période et fréquence cyclique.
Qu'est-ce qui caractérise ces types d'oscillations ? La physique considère un système idéalisé, qui consiste en point matériel, qui est suspendu à un fil inextensible en apesanteur, oscille sous l'influence de la gravité.
Ces types de vibrations ont une certaine quantité d'énergie, elles sont courantes dans la nature et la technologie.
Avec un mouvement oscillatoire prolongé, les coordonnées de son centre de masse changent et avec un courant alternatif, la valeur du courant et de la tension dans le circuit change.
Il existe différents types d'oscillations harmoniques selon leur nature physique : électromagnétique, mécanique, etc.
L'agitation agit comme une vibration forcée véhicule, qui se déplace sur une route accidentée.
Les principales différences entre les vibrations forcées et libres
Ces types d'oscillations électromagnétiques diffèrent par leurs caractéristiques physiques. La présence de forces de résistance et de frottement moyennes entraînent un amortissement des oscillations libres. Dans le cas d'oscillations forcées, les pertes d'énergie sont compensées par son alimentation supplémentaire à partir d'une source externe.
La période d'un pendule à ressort relie la masse du corps et la raideur du ressort. Dans le cas d'un pendule mathématique, cela dépend de la longueur du fil.
Avec une période connue, il est possible de calculer la fréquence propre du système oscillatoire.
Dans la technologie et la nature, il y a des fluctuations avec différentes valeurs fréquences. Par exemple, le pendule qui oscille dans la cathédrale Saint-Isaac de Saint-Pétersbourg a une fréquence de 0,05 Hz, alors que pour les atomes, elle est de plusieurs millions de mégahertz.
Au bout d'un certain temps, on observe l'amortissement des oscillations libres. C'est pourquoi les oscillations forcées sont utilisées dans la pratique réelle. Ils sont en demande dans une variété de machines à vibrations. Le marteau vibrant est une machine à vibration par choc, destinée à enfoncer des tuyaux, des pieux et d'autres structures métalliques dans le sol.
Vibrations électromagnétiques
Les caractéristiques des modes de vibration impliquent l'analyse des principaux paramètres physiques : charge, tension, intensité du courant. En tant que système élémentaire, qui sert à observer les oscillations électromagnétiques, est un circuit oscillant. Il est formé en connectant une bobine et un condensateur en série.
Lorsque le circuit est fermé, des oscillations électromagnétiques libres y apparaissent, associées à des changements périodiques de la charge électrique sur le condensateur et du courant dans la bobine.
Ils sont gratuits car lorsqu'ils sont exécutés, il n'y a aucune influence extérieure, mais seule l'énergie stockée dans le circuit lui-même est utilisée.
En l'absence d'influence extérieure, après un certain temps, on observe une atténuation de l'oscillation électromagnétique. La raison de ce phénomène sera la décharge progressive du condensateur, ainsi que la résistance que la bobine a réellement.
C'est pourquoi des oscillations amorties se produisent dans un circuit réel. La réduction de la charge du condensateur entraîne une diminution de la valeur de l'énergie par rapport à sa valeur d'origine. Progressivement, il sera libéré sous forme de chaleur sur les fils de connexion et la bobine, le condensateur sera complètement déchargé et l'oscillation électromagnétique sera terminée.
L'importance des fluctuations de la science et de la technologie
Tous les mouvements qui ont un certain degré de répétition sont des oscillations. Par exemple, un pendule mathématique est caractérisé par une déviation systématique dans les deux sens de la position verticale d'origine.
Pour un pendule à ressort, une oscillation complète correspond à son mouvement de haut en bas depuis la position initiale.
Dans un circuit électrique qui a une capacité et une inductance, il y a une répétition de charge sur les plaques du condensateur. Quelle est la cause des mouvements oscillatoires ? Le pendule fonctionne grâce au fait que la gravité le fait revenir à sa position d'origine. Dans le cas d'un modèle à ressort, une fonction similaire est réalisée par la force élastique du ressort. Passant la position d'équilibre, la charge a une certaine vitesse, donc, par inertie, elle dépasse l'état moyen.
Les oscillations électriques peuvent s'expliquer par la différence de potentiel qui existe entre les plaques d'un condensateur chargé. Même lorsqu'il est complètement déchargé, le courant ne disparaît pas, il se recharge.
Dans la technologie moderne, des oscillations sont utilisées, qui diffèrent considérablement par leur nature, leur degré de répétition, leur caractère et également le «mécanisme» d'occurrence.
Les vibrations mécaniques sont produites par les cordes des instruments de musique, les vagues de la mer et un pendule. Les fluctuations chimiques associées à une modification de la concentration des réactifs sont prises en compte lors de la réalisation de diverses interactions.
Les oscillations électromagnétiques permettent de créer divers dispositifs techniques, par exemple un téléphone, des dispositifs médicaux à ultrasons.
Les fluctuations de luminosité des céphéides présentent un intérêt particulier en astrophysique et des scientifiques de différents pays les étudient.
Conclusion
Tous les types d'oscillations sont étroitement liés à un grand nombre de processus techniques et de phénomènes physiques. Leur importance pratique est grande dans la construction aéronautique, la construction navale, la construction de complexes résidentiels, l'électrotechnique, la radioélectronique, la médecine et les sciences fondamentales. Un exemple de processus oscillatoire typique en physiologie est le mouvement du muscle cardiaque. Les vibrations mécaniques se retrouvent dans la chimie organique et inorganique, la météorologie, ainsi que dans de nombreuses autres sciences naturelles.
Les premières études du pendule mathématique ont été menées au XVIIe siècle et, à la fin du XIXe siècle, les scientifiques ont pu établir la nature des oscillations électromagnétiques. Le scientifique russe Alexander Popov, considéré comme le "père" des radiocommunications, a mené ses expériences précisément sur la base de la théorie des oscillations électromagnétiques, résultats des recherches de Thomson, Huygens et Rayleigh. Il a réussi à trouver une application pratique aux oscillations électromagnétiques, à les utiliser pour transmettre un signal radio sur une longue distance.
L'académicien P. N. Lebedev a mené pendant de nombreuses années des expériences liées à la production d'oscillations électromagnétiques à haute fréquence à l'aide de champs électriques alternatifs. Grâce à de nombreuses expériences liées à divers types fluctuations, les scientifiques ont réussi à trouver des domaines d'utilisation optimale dans science moderne et la technologie.