Vrste oscilacija i njihove definicije. Vibracije: mehaničke i elektromagnetske
1. Fluktuacije.
2. Mehaničke vibracije.
3. Transformacije energije tijekom mehaničkih vibracija.
4. Period oscilacija.
5. Frekvencija osciliranja.
6. Ciklička frekvencija osciliranja.
7. Amplituda mehaničkih oscilacija.
8. Harmonijske vibracije.
9. Faza harmonijskog titranja.
10. Analitički prikaz oscilacija.
11. Grafički prikaz vibracija.
12. Brzina točke u harmonijskom titranju.
13. Ubrzanje točke u harmonijskom titranju.
14. Dinamika harmonijskog titranja.
15. Period titranja opružnog njihala.
16. Matematičko njihalo. kvazielastična sila.
17. Oscilacije tijela koje pluta na površini tekućine.
18. Oscilacije homogene tekućine u cijevi u obliku slova U.
19. Oscilacije tijela u sfernoj zdjeli.
20. Energija harmonijskog titranja.
21. Prigušene vibracije.
22. Prisilne vibracije.
23. Rezonancija.
24. Slobodne vibracije. Vlastita frekvencija.
25. Vlastita oscilacija.
1. Fluktuacije. Oscilacije se općenito nazivaju periodične promjene u stanju sustava, u kojima su vrijednosti različitih fizikalne veličine karakteriziraju ovaj sustav. Na primjer, periodične promjene tlaka i gustoće zraka, napona i električne struje su fluktuacije ovih veličina.
Matematički, periodičnost znači da je if - periodična funkcija vremena s periodom T, zatim za bilo koji t jednakost 
2. Mehaničke vibracije- pokreti tijela koji se točno ili gotovo točno ponavljaju u pravilnim intervalima.
Mehaničke vibracije javljaju se u sustavima koji imaju položaj stabilne ravnoteže. Prema načelu minimuma potencijalne energije, u položaju stabilne ravnoteže, potencijalna energija sustava je minimalna. Kada se tijelo pomakne iz položaja stabilne ravnoteže, njegova se potencijalna energija povećava. U tom slučaju pojavljuje se sila koja je usmjerena u položaj ravnoteže (povratna sila), a što tijelo više odstupa od položaja ravnoteže, veća je njegova potencijalna energija i veći je modul povratne sile. Na primjer, kada opružno njihalo odstupa od ravnotežnog položaja, ulogu povratne sile ima elastična sila, čiji se modul mijenja proporcionalno odstupanju, gdje x odstupanje njihala od ravnotežnog položaja. Potencijalna energija opružnog njihala mijenja se proporcionalno kvadratu pomaka.
Slično, postoje oscilacije njihala od niti i kuglice koja se kreće duž dna sferne zdjele polumjera R, koji se može smatrati navojnim njihalom čija je duljina niti jednaka polumjeru zdjelice (slika 78).
3.Transformacije energije tijekom mehaničkih vibracija. Ako nema sila trenja, ukupna mehanička energija oscilirajućeg tijela ostaje konstantna. U procesu osciliranja dolazi do periodičnih međusobnih transformacija potencijalne i kinetičke energije tijela. Provedimo obrazloženje na primjeru titranja nitnog njihala. Da bismo pojednostavili razmišljanje, potencijalnu energiju njihala u ravnotežnom položaju uzimamo jednakom nuli. U krajnjem otklonjenom položaju potencijalna energija njihala je maksimalna, a kinetička energija nula, jer. u tom položaju visak miruje. Prilikom pomicanja u položaj ravnoteže visina njihala iznad Zemljine površine se smanjuje, potencijalna energija se smanjuje, a povećavaju se njegova brzina i kinetička energija. U ravnotežnom položaju potencijalna energija je nula, a kinetička energija je maksimalna. Nastavljajući se kretati po inerciji, visak prolazi ravnotežni položaj. Nakon prolaska ravnotežnog položaja kinetička energija njihala se smanjuje, ali mu se povećava potencijalna energija. Kada se njihalo zaustavi, njegova kinetička energija postat će jednaka nuli, a potencijalna će dosegnuti maksimum i sve će se ponoviti obrnutim redoslijedom.
Prema zakonu održanja energije, potencijalna energija njihala u krajnjem otklonjenom položaju jednaka je njegovoj kinetičkoj energiji u trenutku prolaska kroz položaj ravnoteže.
U procesu titranja u bilo kojem trenutku vremena ukupna mehanička energija njihala jednaka je njegovoj potencijalnoj energiji u krajnjem otklonjenom položaju ili kinetičkoj energiji u trenutku prolaska ravnotežnog položaja.
gdje je visina njihala u krajnjem otklonjenom položaju, brzina u trenutku prolaska kroz položaj ravnoteže.
4. Period oscilacije- minimalni vremenski interval nakon kojeg se kretanje ponavlja, odnosno vremenski interval u kojem se dogodi jedan potpuni titraj. Razdoblje ( T) mjeri se u sekundama.
5. Frekvencija osciliranja- određuje broj potpunih oscilacija napravljenih u jednoj sekundi. Frekvencija i period povezani su prema
Frekvencija se mjeri u hercima (Hz). Jedan herc je jedna potpuna oscilacija u jednoj sekundi.
6. Ciklička frekvencija ili kružna frekvencija određuje broj potpunih oscilacija u sekundi
Frekvencija je pozitivna vrijednost, .
7. Amplituda mehaničkih vibracija je najveće odstupanje tijela od ravnotežnog položaja. U općem slučaju oscilacija, amplituda je najveća vrijednost koju poprima periodički promjenjiva fizikalna veličina.
8. Harmonijske vibracije- oscilacije kod kojih se oscilirajuća vrijednost mijenja po sinusnom ili kosinusnom zakonu (po harmonijskom zakonu):
Ovdje je amplituda oscilacija, ciklička frekvencija.
9. Faza harmonijskog titranja - veličina , stoji pod znakom sinusa ili kosinusa. Faza određuje vrijednost fluktuirajuće veličine u određenom trenutku, početna faza, tj. u trenutku početka referencije vremena Najjednostavniji primjer harmonijskih oscilacija je titranje projekcije na koordinatne osi točke. m ravnomjerno se kreću po krugu radijusa ALI u avionu XOY, čije se središte poklapa s ishodištem (sl. 79)
Radi jednostavnosti postavili smo , tj. zatim
Mnogi dobro poznati oscilatorni sustavi mogu se samo približno smatrati harmoničkim samo približno za vrlo mala odstupanja. Glavni uvjet za harmonijsko titranje je konstantnost cikličke frekvencije i amplitude. Na primjer, kod njihanja niti kut odstupanja od okomice mijenja se neravnomjerno, tj. ciklička frekvencija nije konstantna. Ako su odstupanja vrlo mala, tada je kretanje njihala vrlo sporo i neravnomjernost gibanja se može zanemariti, uz pretpostavku . Što je kretanje sporije, manji je otpor medija, manji je gubitak energije i manja promjena amplitude.
Stoga se male oscilacije mogu približno smatrati harmoničkim.
10. Analitički prikaz vibracija- zapis fluktuirajuće vrijednosti u obliku funkcije koja izražava ovisnost vrijednosti o vremenu.
11. Grafički prikaz vibracija - prikaz oscilacija u obliku grafa funkcije u koordinatnim osama OX i t.
Na primjer, analitički harmonijske oscilacije zapisane su kao , a njihov grafički prikaz je prikazan kao sinusoida - puna linija na sl.80.
12.Brzina točke u harmonijskom titranju– dobivamo diferenciranjem po vremenu funkciju x(t)
Gdje je amplituda brzine, proporcionalna cikličkoj frekvenciji i amplitudi pomaka.
Dakle, brzina V prema sinusoidnom zakonu s istim periodom T,što je pomak x unutar 
. Faza brzine vodi fazu pomaka za . To znači da je brzina najveća kada točka prolazi položajem ravnoteže, a pri najvećim pomacima točke njena brzina je nula. Grafikon brzine prikazan je isprekidanom linijom na sl. 80
13. Ubrzanje točke tijekom harmonijskih oscilacija dobiven diferenciranjem brzine s obzirom na vrijeme ili diferenciranjem pomaka x dva puta u vremenu:
Gdje je amplituda ubrzanja proporcionalna amplitudi pomaka i kvadratu cikličke frekvencije.
Ubrzanje točke tijekom harmonijskih oscilacija mijenja se po sinusoidnom zakonu s istim periodom T, što je unutarnja promjena 
Faza ubrzanja vodi fazu pomaka za . Akceleracija je jednaka nuli u trenutku kada točka prijeđe položaj ravnoteže.Na sl.81 graf ubrzanja prikazan je isprekidanom linijom, punom linijom graf pomaka.
S obzirom da akceleraciju upisujemo u obrazac
Oni. akceleracija kod harmonijskog titranja proporcionalna je pomaku i uvijek je usmjerena prema ravnotežnom položaju (nasuprot pomaku). Udaljavajući se od položaja ravnoteže, točka se giba brzo, približavajući se položaju ravnoteže, točka se giba brzo.
14. Dinamika harmonijskog titranja. Množenjem ubrzanja točke koja čini harmonično titranje s njezinom masom, dobivamo, prema drugom Newtonovom zakonu, silu koja djeluje na točku
Označavamo Sada pišemo silu koja djeluje na točku
Iz posljednje jednakosti slijedi da harmonijske oscilacije uzrokuje sila proporcionalna pomaku i usmjerena protiv pomaka, tj. do ravnotežnog položaja.
15. Period titranja opružnog njihala. Opružno njihalo oscilira pod djelovanjem elastične sile
Sila proporcionalna pomaku i usmjerena prema ravnotežnom položaju uzrokuje harmonijska osciliranja točke. Stoga su titraji opružnog njihala harmonijski. Koeficijent krutosti je
Imajući u vidu da dobivamo period slobodnih oscilacija opružnog njihala
Frekvencija opružnog njihala je
.
15. Matematičko njihalo- materijalna točka ovješena o beskonačno tanku, bestežinsku, nerastezljivu nit koja oscilira u okomitoj ravnini pod djelovanjem sile teže.
Uteg obješen na nit, čije su dimenzije zanemarive u usporedbi s duljinom niti, može se približno smatrati matematičkim njihalom. Često se takvo njihalo naziva nitno njihalo.
Razmotrimo male oscilacije matematičkog njihala s duljinom l. U ravnotežnom položaju sila teže je uravnotežena napetosti niti, tj. .
Ako visak skrenemo za mali kut, onda sila teže i sila napetosti, usmjerene pod kutom jedna prema drugoj, zajedno daju rezultantu sile, koja je usmjerena prema ravnotežnom položaju. Na slici 82. otklon njihala od okomice je
Kut je toliko malen da ciklička frekvencija, tj. kutna brzina rotacije niti može se smatrati konstantnom. Stoga pomak njihala zapisujemo u obrazac
Dakle, male oscilacije matematičkog njihala su harmonijske oscilacije. Od sl. 82 slijedi da je sila ali zato
Gdje m, g, i l konstantne vrijednosti. Označimo i dobijemo modul povratne sile u obliku . Ako uzmemo u obzir da je sila uvijek usmjerena prema ravnotežnom položaju, tj. protiv pristranosti, tada njen izraz pišemo u obliku .
Dakle, sila koja uzrokuje oscilacije matematičkog njihala proporcionalna je pomaku i usmjerena protiv pomaka, kao u slučaju oscilacija opružnog njihala, tj. priroda ove sile je ista kao i elastična sila. Ali po prirodi, elastična sila je elektromagnetska sila. Sila koja uzrokuje oscilacije matematičkog njihala je po svojoj prirodi gravitacijska sila - neelektromagnetska, pa se stoga naziva kvazielastičan na silu. Svaka sila koja djeluje kao elastična sila koja nije elektromagnetske prirode naziva se kvazielastična sila. To nam omogućuje da napišemo izraz za period titranja matematičkog njihala u obliku
.
Iz ove jednakosti slijedi da period titranja matematičkog njihala ne ovisi o masi njihala, već o njegovoj duljini i akceleraciji slobodnog pada. Poznavajući period titranja matematičkog njihala i njegovu duljinu, moguće je odrediti ubrzanje slobodnog pada u bilo kojoj točki na površini Zemlje.
17. Vibracije tijela koje pluta na površini tekućine. Radi jednostavnosti, razmotrimo tijelo mase m u obliku valjka s osnovnom površinom S. Tijelo pluta djelomično uronjeno u tekućinu čija je gustoća (slika 83).
Neka je dubina uranjanja u ravnotežnom položaju. U tom slučaju rezultanta Arhimedove sile i sile teže jednaka je nuli
.
Ako promijenite dubinu uranjanja na x tada će Arhimedova sila postati jednaka i modul rezultante sile F postaje različit od nule
S obzirom na to 
dobivamo
Označavajući , modul sile F kao
Ako se dubina uranjanja poveća, tj. tijelo se kreće prema dolje, Arhimedova sila postaje veća od sile teže i rezultante F usmjerena prema gore, tj. protiv pomaka. Ako se dubina uranjanja smanji, tj. pomiče prema gore iz ravnotežnog položaja, Arhimedova sila postaje manja od sile gravitacije i rezultanta F usmjeren prema dolje, tj. protiv pomaka.
Dakle snaga F uvijek usmjeren protiv pomaka i njegov modul je proporcionalan pomaku
Ta je sila kvazielastična i uzrokuje harmonijska osciliranja tijela koje pluta na površini tekućine. Period tih oscilacija izračunava se formulom uobičajenom za harmonijske oscilacije
.
18. Oscilacije homogene tekućine u U-cijevi. Neka homogena tekućina mase m, čija se gustoća ulijeva u cijev u obliku slova U, čija je površina poprečnog presjeka S(Sl.84) U stanju ravnoteže, visine stupaca u oba koljena cijevi su iste, prema zakonu spojenih posuda za homogenu tekućinu.
Ako se tekućina izbaci iz ravnoteže, tada će se periodički mijenjati visine stupaca tekućine u koljenima, tj. tekućina u cijevi će oscilirati.
Neka u nekom trenutku visina stupca tekućine u desnom koljenu bude x više. nego na lijevoj strani. To znači da na tekućinu u cijevi utječe gravitacija tekućine u stupcu s visinom x, , gdje je volumen stupca tekućine s visinom x. Proizvod je konstanta, pa .
Dakle, modul sile F proporcionalna je razlici u visinama stupaca tekućine u koljenima, tj. proporcionalan istiskivanju tekućine u cijevi. Smjer te sile uvijek je suprotan pomaku, tj.
Stoga ta sila uzrokuje harmonijska osciliranja tekućine u cijevi. Period tih oscilacija zapisujemo prema pravilu za harmonijske oscilacije
19. Oscilacije tijela u sfernoj zdjeli. Neka tijelo klizi bez trenja u sfernoj zdjeli polumjera R(Slika 78). Uz mala odstupanja od ravnotežnog položaja, oscilacije ovog tijela mogu se smatrati harmoničkim oscilacijama matematičkog njihala čija je duljina jednaka R, s razdobljem jednakim
20. Energija harmonijskog titranja. Kao primjer, razmotrimo titranje opružnog njihala. Kada se pomakne x
Ako je sila trenja vrlo velika, tada ne dolazi do prigušenih oscilacija. Tijelo, dovedeno iz ravnoteže bilo kojom silom, nakon prestanka djelovanja tih sila vraća se u ravnotežni položaj i zaustavlja se. Takvo gibanje se naziva aperiodično (neperiodično). Grafikon aperiodičnog gibanja prikazan je na sl.86.
22. Prisilne vibracije- neprigušene oscilacije sustava, koje su uzrokovane vanjskim silama koje se povremeno mijenjaju tijekom vremena (prisilne sile).
Ako se pogonska sila mijenja po harmonijskom zakonu
, gdje je amplituda pogonske sile njezina ciklička frekvencija, tada se u sustavu mogu uspostaviti prisilne harmonijske oscilacije s cikličkom frekvencijom jednakom frekvenciji pogonske sile.
.
23. Rezonancija- naglo povećanje amplitude prisilnih oscilacija kada se frekvencija pogonske sile podudara s frekvencijom slobodnih oscilacija sustava. Ako se oscilacija javlja u sredstvu otpora, tada dijagram ovisnosti amplitude prisilnih oscilacija o frekvenciji pogonske sile izgleda kao na sl. 87.
Pogonska sila, čija se frekvencija podudara s frekvencijom slobodnih oscilacija sustava, čak i uz vrlo male amplitude pogonske sile, može izazvati oscilacije s vrlo velikom amplitudom.
24. Slobodne vibracije. Prirodna frekvencija sustava. Slobodne vibracije su vibracije sustava koje nastaju pod djelovanjem njegovih unutarnjih sila. Za njihalo s oprugom unutarnja sila je elastična sila. Za matematičko njihalo, koje se sastoji od samog njihala i Zemlje, unutarnja sila je gravitacija. Za tijelo koje pluta na površini tekućine unutarnja sila je Arhimedova sila.
25. Samooscilacije- neprigušene oscilacije koje se javljaju u mediju, zbog izvora energije koji nema oscilatorna svojstva, kompenzirajući gubitke energije radi prevladavanja sila trenja. Samooscilirajući sustavi primaju jednake dijelove energije u jednakim vremenskim intervalima, na primjer, nakon jedne periode. Satovi su primjer samooscilirajućeg sustava.
Bjelorusko nacionalno tehničko sveučilište
Zavod za "tehničku fiziku"
Laboratorij za mehaniku i molekularnu fiziku
izvješće
za laboratorijski rad SP 1
“Vibracije i valovi.
Izvršio: student gr.107624
Khikhol I.P.
Provjerio: Fedotenko A.V.
Minsk 2004
Pitanja:
Koje se kretanje naziva oscilatornim? Vrste fluktuacija? Koje se vibracije nazivaju harmoničkim? Osnovne karakteristike harmonijskog titranja.
Koje se vibracije nazivaju slobodnima? Navedite primjere slobodnih vibracija.
Koje se vibracije nazivaju prisilnim? Navedite primjere prisilnih oscilacija.
Opišite proces pretvorbe energije tijekom harmonijskog oscilatornog gibanja na primjeru matematičkog ili opružnog njihala.
Po kojoj se formuli određuje ukupna mehanička energija tijekom harmonijskog titranja tijela u trenutku prolaska ravnotežne točke i krajnjih točaka gibanja.
Zašto se slobodne oscilacije njihala guše? Pod kojim uvjetima titraji njihala mogu postati neprigušeni?
Što je mehanička rezonancija? Što je uvjet rezonancije? Vrste rezonancije. Primjeri rezonantnih sustava. Navedite primjer korisne i štetne manifestacije rezonancije.
Što je autooscilatorni sustav? Navedite primjer uređaja za dobivanje vlastitih oscilacija. Koja je razlika između vlastitih oscilacija i prisilnih i slobodnih oscilacija?
Što se zove val? Glavne karakteristike valnog procesa. Vrste valova.
Koji se valovi nazivaju poprečnim, uzdužnim? Koja je razlika među njima? Navedite primjere transverzalnih i longitudinalnih valova?
Koji se val naziva linearni, sferni, ravni? Koja svojstva imaju?
Kako se valovi odbijaju od prepreke? Što je stojni val? Njegove glavne karakteristike. Navedite primjere.
Primjena valnih procesa. Kako je postavljena antena radioteleskopa?
Zvučni valovi i njihova primjena.
odgovori:
1 Oscilacije su procesi koji se razlikuju u jednom ili drugom stupnju ponavljanja.
Postoje vibracije: mehaničke, elektromagnetske, elektromehaničke.
Harmonijske oscilacije su one oscilacije kod kojih se oscilirajuća vrijednost mijenja prema sin ili cos zakonu.
Glavne karakteristike harmonijskog titranja: amplituda, valna duljina, frekvencija.
2 Slobodne oscilacije nazivaju se: oscilacije koje se javljaju u sustavu prepuštenom samom sebi nakon što mu je dat pritisak ili je izbačen iz ravnoteže
Primjer slobodnih vibracija: vibracije kuglice obješene na nit.
3 Prisilne oscilacije nazivaju se: titraji, tijekom kojih je titrajni sustav izložen vanjskoj povremeno promjenjivoj sili.
Primjer forsiranih vibracija: vibracije mosta koje nastaju kada ljudi po njemu hodaju u korak.
4 Kod harmonijskog oscilatornog gibanja energija prelazi iz kinetičke u potencijalnu i obrnuto. Zbroj energija jednak je maksimalnoj energiji.
5 Prema formuli, ukupna mehanička energija određena je tijekom harmonijskog titranja tijela u trenutku prolaska ravnotežne točke, 
ekstremne točke kretanja.
6 Slobodni titraji njihala guše se jer na tijelo djeluje sila koja sprječava njegovo kretanje (sile trenja, otpora).
Oscilacije njihala mogu postati neprigušene ako se energija stalno dovodi.
7 Rezonancija - maksimalno povećanje amplitude.
Uvjet rezonancije: kada vlastita frekvencija sustava mora odgovarati translacijskoj.
Primjeri rezonantnih sustava:
Primjer korisne manifestacije rezonancije: koristi se u akustici, radiotehnici (radio prijemnik). Primjer štetne manifestacije rezonancije: rušenje mostova kada preko njih prolaze marširajuće kolone.
8 Autooscilatorni sustav - to su oscilacije praćene utjecajem vanjskih sila na oscilatorni sustav, međutim trenutke u kojima se ovi učinci provode postavlja sam oscilatorni sustav - sustav sam upravlja vanjskim silama.
Primjer uređaja za dobivanje vlastitih oscilacija: sat u kojem visak dobiva udare zbog energije podignutog utega ili uvijene opruge, a ti udari nastaju u trenutku prolaska njihala kroz srednji položaj.
Razlika između vlastitih oscilacija i prisilnih i slobodnih oscilacija je u tome što se energija ovom sustavu dovodi izvana, ali tu opskrbu energijom kontrolira sam sustav.
9 Val je oscilacija koja se širi prostorom tijekom vremena.
Obilježja valnog procesa: valna duljina, brzina širenja vala, amplituda vala
Valovi su poprečni i uzdužni.
10 Transverzalni valovi - čestice medija osciliraju, ostajući u ravninama okomitima na širenje vala.
Longitudinalni valovi – čestice medija osciliraju u smjeru širenja vala
Primjer transverzalnih valova su zvučni valovi, longitudinalnih valova su radio valovi.
11 Linearni val je val koji se širi u paralelnim linijama.
Kuglasti val se širi u svim smjerovima od točke koja uzrokuje osciliranje, a vrhovi nalikuju kuglama.
Val se smatra ravnim ako su njegove valne površine skup ravnina koje su međusobno paralelne.
12 Val se odbija pod istim kutom u odnosu na normalu kao i upadni val u toj točki.
Stojni val nastaje u homogenom mediju kada se kroz taj medij jedan prema drugom šire dva identična vala: putujući i nadolazeći. Kao rezultat superpozicije (superpozicije ovih oblika) nastaje stojni val.
Karakteristike: amplituda, frekvencija.
Primjer: dva izvora valova su u vodi, oni stvaraju isti val, između tih izvora bit će stojni valovi.
13 Valni procesi koriste se u prijenosu signala na daljinu.
Valovi koji padaju na ravninu antene reflektiraju se paralelno i sijeku u jednoj točki gdje dolazi do rezonancije
14 Zvučni valovi se šire kao uzdužni mehanički valovi. Brzina širenja ovih valova ovisi o mehaničkim svojstvima medija i ne ovisi o frekvenciji.
Književnost:
Sivukhin D.V. Opći tečaj fizika, v., pogl.2, §17. M., "Znanost", 1989.
Detlaf A., A. Yavorsky B. M. "Viša škola", 1998.
Gevorkyan R.G. Shepel
Trofimoza T.I. Tečaj fizike, M. "Viša škola", 1998.
Sazeleva I.V. Tečaj opće fizike, vol. 1, pogl. 2, §15. M., "Nauka", 1977.
Narakevich I.I., Volmyansky E.I., Lobko S.I. Fizika za VTU. - Minsk. Postdiplomske studije. 1992. godine
), oscilacije koje nastaju zbog energije koja se sustavu prenosi na početku titrajnog gibanja (na primjer, u mehaničkom sustavu početnim pomakom tijela ili davanjem početne brzine, au električnom sustavu - oscilatorno krug - kroz stvaranje početnog naboja na pločama kondenzatora). Amplituda vlastitih oscilacija, za razliku od prisilnih oscilacija, određena je samo tom energijom, a njihova frekvencija određena je svojstvima samog sustava. Zbog rasipanja energije, vlastite oscilacije su uvijek prigušene oscilacije. Primjer prirodnih vibracija je zvuk zvona, gonga, klavirske žice itd.
Moderna enciklopedija. 2000 .
Pogledajte što je "VLASTITE OSCILACIJE" u drugim rječnicima:
Prirodne vibracije- (slobodne vibracije), vibracije koje nastaju zbog energije koja se sustavu predaje na početku oscilirajućeg gibanja (npr. u mehaničkom sustavu početnim pomakom tijela ili davanjem početne brzine, a u električnom ... ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik
Vibracije u bilo kojoj vibraciji. sustav koji se javlja u odsutnosti vanjskog utjecaja; isto što i (vidi SLOBODNE VIBRACIJE). Fizički enciklopedijski rječnik. Moskva: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prokhorov. 1983... Fizička enciklopedija
- (slobodne oscilacije) oscilacije koje se mogu pobuditi u oscilatornom sustavu pod utjecajem početnog potiska. Oblik i frekvencija prirodnih vibracija određeni su masom i elastičnošću za mehaničke prirodne vibracije i induktivitet i ... ... Veliki enciklopedijski rječnik
- (Oscilacije) slobodne vibracije tijela ili titrajnog kruga uslijed inercije, kada na njih ne djeluje periodična vanjska sila. S. K. imaju vrlo određeno razdoblje (vlastito razdoblje); npr. vibracije broda nakon njega ... ... Marine Dictionary
prirodne vibracije- Slobodne oscilacije na jednom od vlastitih oblika. [Zbirka preporučenih pojmova. Broj 82. Mehanika konstrukcija. Akademija znanosti SSSR-a. Odbor za znanstveno i tehničko nazivlje. 1970] Teme konstrukcijska mehanika, čvrstoća materijala EN ... Tehnički prevoditeljski priručnik
- (slobodne oscilacije), oscilacije koje se mogu pobuditi u oscilatornom sustavu pod utjecajem početnog potiska. Oblik i frekvencija mehaničkih vlastitih oscilacija određeni su masom i elastičnošću, a elektromagnetski induktivitet i ... ... enciklopedijski rječnik
prirodne vibracije- savieji virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. vlastite oscilacije; prirodne oscilacije; vlastite oscilacije vok. Eigenschwingungen, f rus. prirodne oscilacije, n pranc. oscilacije propres, f … Fizikos terminų žodynas
Slobodne vibracije, vibracije koje se javljaju u dinamici sustavu u odsutnosti vanjskog utjecaja kada mu se u početnom trenutku priopći vanjska perturbacija koja dovodi sustav izvan ravnoteže. Karakter S. to. uglavnom je određen ... ... Matematička enciklopedija
prirodne vibracije- ▲ fizičke oscilacije neovisne prirodne [slobodne] oscilacije javljaju se pod utjecajem početnog potiska. samooscilacije. samopobuda je spontana pojava oscilacija u sustavu pod utjecajem vanjskih utjecaja. spektar. trojka ... Ideografski rječnik ruskog jezika
Slobodne oscilacije, oscilacije u mehaničkom, električnom ili bilo kojem drugom fizičkom sustavu, koje se javljaju u odsutnosti vanjskog utjecaja zbog početno akumulirane energije (zbog prisutnosti početnog pomaka ili ... Velika sovjetska enciklopedija
knjige
- Komplicirana prošlost. U potrazi za Parizom, ili Vječni povratak (komplet od 3 knjige), Mihail German. Trotomna proza slavnog peterburškog pisca i povjesničara umjetnosti Mihaila Jurjeviča Germana uključuje memoare "Teška prošlost" i knjigu "U potrazi za Parizom, ili vječni ...
- Naglasak u vlastitim imenima u suvremenom ruskom jeziku, A. V. Superanskaya. Ova je knjiga posvećena analizi stresa u vlastita imena u suvremenom ruskom. Izložba pokriva tri vrste vlastitih imena - osobna imena, prezimena i zemljopisna imena u ...
fluktuacije- pokreti koji se točno ili približno ponavljaju u određenim vremenskim intervalima.
Slobodne vibracije- fluktuacije u sustavu pod djelovanjem unutarnjih tijela, nakon što je sustav izbačen iz ravnoteže.
Vibracije utega obješenog na žicu ili utega pričvršćenog na oprugu primjeri su slobodnih vibracija. Nakon pomicanja ovih sustava iz ravnotežnog položaja stvaraju se uvjeti u kojima tijela osciliraju bez utjecaja vanjskih sila.
Sustav- skupina tijela, čije kretanje proučavamo.
unutarnje sile- sile koje djeluju između tijela sustava.
Vanjske sile- sile koje djeluju na tijela sustava od tijela koja nisu uključena u njega.
Uvjeti za pojavu slobodnih oscilacija.
- Kada se tijelo pomakne iz ravnotežnog položaja, u sustavu se mora pojaviti sila usmjerena prema ravnotežnom položaju i stoga težiti vratiti tijelo u ravnotežni položaj.
Primjer: kada se kuglica pričvršćena na oprugu kreće ulijevo, a kada se kreće udesno, elastična sila je usmjerena prema položaju ravnoteže. - Trenje u sustavu mora biti dovoljno nisko. Inače će oscilacije brzo nestati ili se uopće neće pojaviti. Kontinuirane oscilacije moguće su samo u odsutnosti trenja.
postojati različiti tipovi oscilacije u fizici, karakterizirane određenim parametrima. Razmotrite njihove glavne razlike, klasifikaciju prema različitim čimbenicima.
Osnovne definicije
Osciliranje se shvaća kao proces u kojemu u pravilnim vremenskim razmacima glavne karakteristike gibanja imaju iste vrijednosti.
Takve oscilacije nazivamo periodičkim, kod kojih se vrijednosti osnovnih veličina ponavljaju u pravilnim vremenskim razmacima (period oscilacija).
Varijante oscilatornih procesa
Razmotrimo glavne vrste oscilacija koje postoje u fundamentalnoj fizici.
Slobodne vibracije su one koje se javljaju u sustavu koji nije podvrgnut vanjskim promjenjivim utjecajima nakon početnog udara.
Primjer slobodnih oscilacija je matematičko njihalo.
One vrste mehaničkih vibracija koje se javljaju u sustavu pod djelovanjem vanjske promjenjive sile.
Značajke klasifikacije
Prema fizičkoj prirodi razlikuju se sljedeće vrste oscilatornih gibanja:
- mehanički;
- toplinski;
- elektromagnetski;
- mješoviti.
Prema opciji interakcije s okolinom
Vrste vibracija po interakciji sa okoliš razlikovati nekoliko grupa.
Prisilne oscilacije nastaju u sustavu pod djelovanjem vanjskog periodičkog djelovanja. Kao primjere ove vrste oscilacija možemo uzeti u obzir kretanje ruku, lišće na drveću.
Za prisilne harmonijske oscilacije može se pojaviti rezonancija, u kojoj, s jednakim vrijednostima frekvencije vanjskog djelovanja i oscilatora, s naglim povećanjem amplitude.
Prirodne vibracije u sustavu pod utjecajem unutarnjih sila nakon što je izbačen iz ravnoteže. Najjednostavnija varijanta slobodnih vibracija je kretanje tereta koji je obješen na nit ili pričvršćen na oprugu.
Vlastitim oscilacijama nazivamo vrste u kojima sustav ima određenu količinu potencijalne energije koja se koristi za stvaranje oscilacija. obilježje njihova je činjenica da amplitudu karakteriziraju svojstva samog sustava, a ne početni uvjeti.
Za slučajne oscilacije vanjsko opterećenje ima slučajnu vrijednost.
Osnovni parametri oscilatornih gibanja
Sve vrste oscilacija imaju određene karakteristike, koje treba posebno spomenuti.
Amplituda je najveće odstupanje od ravnotežnog položaja, odstupanje fluktuirajuće vrijednosti, mjeri se u metrima.
Period je vrijeme jedne potpune oscilacije, nakon koje se karakteristike sustava ponavljaju, izračunato u sekundama.
Frekvencija je određena brojem titraja u jedinici vremena, obrnuto je proporcionalna periodu titranja.
Faza oscilacije karakterizira stanje sustava.
Karakteristika harmonijskih vibracija
Takve vrste oscilacija nastaju prema zakonu kosinusa ili sinusa. Fourier je uspio ustanoviti da se svaka periodička oscilacija može prikazati kao zbroj harmonijskih promjena širenjem određene funkcije u
Kao primjer, razmotrite njihalo s određenim periodom i cikličkom frekvencijom.
Što karakterizira ove vrste oscilacija? Fizika smatra idealiziran sustav, koji se sastoji od materijalna točka, koji je obješen na bestežinsku nerastezljivu nit, oscilira pod utjecajem gravitacije.
Takve vrste vibracija imaju određenu količinu energije, česte su u prirodi i tehnici.
Kod duljeg titrajnog gibanja mijenjaju se koordinate njegova središta mase, a kod izmjenične struje mijenja se vrijednost struje i napona u krugu.
Postoje različite vrste harmonijskih oscilacija prema njihovoj fizičkoj prirodi: elektromagnetske, mehaničke itd.
Trešenje djeluje kao prisilna vibracija vozilo, koji se kreće po neravnoj cesti.
Glavne razlike između prisilnih i slobodnih vibracija
Ove vrste elektromagnetskih oscilacija razlikuju se po fizičkim svojstvima. Prisutnost srednjeg otpora i sila trenja dovode do prigušenja slobodnih oscilacija. U slučaju prisilnih oscilacija, gubici energije nadoknađuju se njezinim dodatnim napajanjem iz vanjskog izvora.
Period opružnog njihala povezuje masu tijela i krutost opruge. Kod matematičkog njihala to ovisi o duljini niti.
S poznatim periodom moguće je izračunati vlastitu frekvenciju oscilatornog sustava.
U tehnologiji i prirodi postoje fluktuacije sa različite vrijednosti frekvencije. Primjerice, njihalo koje oscilira u Izakovskoj katedrali u Sankt Peterburgu ima frekvenciju od 0,05 Hz, dok je za atome ona nekoliko milijuna megaherca.
Nakon određenog vremena uočava se prigušenje slobodnih oscilacija. Zato se u stvarnoj praksi koriste prisilne oscilacije. Oni su traženi u raznim vibracijskim strojevima. Vibracijski čekić je udarno-vibracijski stroj, koji je namijenjen za zabijanje cijevi, pilota i drugih metalnih konstrukcija u zemlju.
Elektromagnetske vibracije
Karakteristike načina vibracija uključuju analizu glavnih fizičkih parametara: naboja, napona, jakosti struje. Kao elementarni sustav, koji se koristi za promatranje elektromagnetskih oscilacija, je oscilatorni krug. Nastaje serijskim spajanjem zavojnice i kondenzatora.
Kada je krug zatvoren, u njemu nastaju slobodne elektromagnetske oscilacije, povezane s periodičnim promjenama električnog naboja na kondenzatoru i struje u svitku.
Besplatni su iz razloga što pri njihovom izvođenju nema vanjskog utjecaja, već se koristi samo energija koja je pohranjena u samom krugu.
U nedostatku vanjskog utjecaja, nakon određenog vremena, uočava se slabljenje elektromagnetskih oscilacija. Razlog za ovu pojavu bit će postupno pražnjenje kondenzatora, kao i otpor koji zavojnica zapravo ima.
Zato se u realnom strujnom krugu javljaju prigušene oscilacije. Smanjenje naboja na kondenzatoru dovodi do smanjenja energetske vrijednosti u usporedbi s njegovom izvornom vrijednošću. Postupno će se osloboditi u obliku topline na spojnim žicama i zavojnici, kondenzator će se potpuno isprazniti, a elektromagnetsko titranje će biti završeno.
Značenje fluktuacija u znanosti i tehnologiji
Svi pokreti koji imaju određeni stupanj ponavljanja su oscilacije. Na primjer, matematičko njihalo karakterizira sustavno odstupanje u oba smjera od izvornog okomitog položaja.
Kod opružnog njihala jedan potpuni titraj odgovara njegovom kretanju gore-dolje od početnog položaja.
U električnom krugu koji ima kapacitet i induktivitet dolazi do ponavljanja naboja na pločama kondenzatora. Što je uzrok oscilatornim kretanjima? Njihalo funkcionira zahvaljujući činjenici da se gravitacija vraća u prvobitni položaj. U slučaju opružnog modela sličnu funkciju obavlja i elastična sila opruge. Prolazeći ravnotežni položaj, teret ima određenu brzinu, stoga se inercijom kreće izvan prosječnog stanja.
Električne oscilacije mogu se objasniti razlikom potencijala koja postoji između ploča nabijenog kondenzatora. Čak i kada je potpuno ispražnjen, struja ne nestaje, ponovno se puni.
U modernoj tehnologiji koriste se oscilacije koje se značajno razlikuju po svojoj prirodi, stupnju ponavljanja, karakteru, a također i "mehanizmu" nastanka.
Mehaničke vibracije stvaraju žice glazbenih instrumenata, morski valovi i njihalo. Kemijske fluktuacije povezane s promjenom koncentracije reaktanata uzimaju se u obzir pri provođenju različitih interakcija.
Elektromagnetske oscilacije omogućuju stvaranje različitih tehničkih uređaja, na primjer, telefona, ultrazvučnih medicinskih uređaja.
Fluktuacije sjaja cefeida od posebnog su interesa u astrofizici i znanstvenici iz različitih zemalja ih proučavaju.
Zaključak
Sve vrste oscilacija usko su povezane s velikim brojem tehničkih procesa i fizikalnih pojava. Velik im je praktični značaj u zrakoplovnoj konstrukciji, brodogradnji, izgradnji stambenih kompleksa, elektrotehnici, radioelektronici, medicini i temeljnoj znanosti. Primjer tipičnog oscilatornog procesa u fiziologiji je kretanje srčanog mišića. Mehaničke vibracije susrećemo u organskoj i anorganskoj kemiji, meteorologiji, ali iu mnogim drugim prirodnim znanostima.
Prva istraživanja matematičkog njihala provedena su u sedamnaestom stoljeću, a do kraja devetnaestog stoljeća znanstvenici su uspjeli utvrditi prirodu elektromagnetskih oscilacija. Ruski znanstvenik Alexander Popov, koji se smatra "ocem" radiokomunikacija, svoje je eksperimente izvodio upravo na temelju teorije elektromagnetskih oscilacija, rezultata istraživanja Thomsona, Huygensa i Rayleigha. Uspio je pronaći praktičnu primjenu elektromagnetskih oscilacija, iskoristiti ih za prijenos radio signala na velike udaljenosti.
Akademik P. N. Lebedev godinama je provodio eksperimente vezane uz proizvodnju visokofrekventnih elektromagnetskih oscilacija pomoću izmjeničnih električnih polja. Kroz brojne pokuse vezane uz različite vrste fluktuacije, znanstvenici su uspjeli pronaći područja njihove optimalne upotrebe moderna znanost i tehnologije.