Svārstību veidi un to definīcijas. Vibrācijas: mehāniskas un elektromagnētiskas
1. Svārstības.
2. Mehāniskās vibrācijas.
3. Enerģijas pārvērtības mehānisko vibrāciju laikā.
4. Svārstību periods.
5. Svārstību frekvence.
6. Cikliskās svārstību frekvence.
7. Mehānisko svārstību amplitūda.
8. Harmoniskās vibrācijas.
9. Harmonisko svārstību fāze.
10. Svārstību analītiskais attēlojums.
11. Vibrāciju grafiskais attēlojums.
12.Punkta ātrums harmoniskā svārstībā.
13.Punkta paātrinājums harmoniskajās svārstībās.
14. Harmonisko svārstību dinamika.
15.Atsperes svārsta svārstību periods.
16. Matemātiskais svārsts. kvazielastīgais spēks.
17.Uz šķidruma virsmas peldoša ķermeņa svārstības.
18. Viendabīga šķidruma svārstības U veida caurulē.
19.Ķermeņa svārstības sfēriskā bļodā.
20. Harmonisko svārstību enerģija.
21.Slāpētas vibrācijas.
22.Piespiedu vibrācijas.
23.Rezonanse.
24.Brīvās vibrācijas. Paša frekvence.
25.Pašsvārstības.
1. Svārstības. Svārstības parasti sauc par periodiskām sistēmas stāvokļa izmaiņām, kurās vērtības atšķiras fizikālie lielumi raksturo šo sistēmu. Piemēram, periodiskas gaisa spiediena un blīvuma, sprieguma un elektriskās strāvas izmaiņas ir šo daudzumu svārstības.
Matemātiski periodiskums nozīmē, ka if - ir periodiska laika funkcija ar periodu T, tad jebkuram t vienlīdzība 
2. Mehāniskās vibrācijas- ķermeņa kustības, kas precīzi vai gandrīz precīzi atkārtojas ar regulāriem intervāliem.
Mehāniskās vibrācijas rodas sistēmās, kurām ir stabila līdzsvara pozīcija. Saskaņā ar minimālās potenciālās enerģijas principu stabila līdzsvara stāvoklī sistēmas potenciālā enerģija ir minimāla. Kad ķermenis tiek izņemts no stabila līdzsvara stāvokļa, tā potenciālā enerģija palielinās. Šajā gadījumā rodas spēks, kas vērsts uz līdzsvara stāvokli (atgriešanās spēks), un jo tālāk ķermenis novirzās no līdzsvara stāvokļa, jo lielāka ir tā potenciālā enerģija un jo lielāks ir atjaunojošā spēka modulis. Piemēram, kad atsperes svārsts novirzās no līdzsvara stāvokļa, atjaunojošā spēka lomu spēlē elastības spēks, kura modulis mainās proporcionāli novirzei, kur X svārsta novirze no līdzsvara stāvokļa. Atsperes svārsta potenciālā enerģija mainās proporcionāli pārvietojuma kvadrātam.
Līdzīgi ir kvēldiega svārsta un lodītes svārstības, kas pārvietojas pa sfēriskas rādiusa bļodas dibenu. R, ko var uzskatīt par vītnes svārstu ar vītnes garumu, kas vienāds ar bļodas rādiusu (78. att.).
3.Enerģijas pārvērtības mehānisko vibrāciju laikā. Ja nav berzes spēku, tad svārstīga ķermeņa kopējā mehāniskā enerģija paliek nemainīga. Svārstību procesā notiek periodiskas savstarpējas ķermeņa potenciālās un kinētiskās enerģijas transformācijas. Veiksim argumentāciju, izmantojot vītnes svārsta svārstību piemēru. Lai vienkāršotu argumentāciju, ņemam svārsta potenciālo enerģiju līdzsvara stāvoklī, kas vienāda ar nulli. Galējā novirzītā stāvoklī svārsta potenciālā enerģija ir maksimālā, un kinētiskā enerģija ir nulle, jo. šajā stāvoklī svārsts atrodas miera stāvoklī. Pārejot līdzsvara stāvoklī, svārsta augstums virs Zemes virsmas samazinās, un potenciālā enerģija samazinās, bet tā ātrums un kinētiskā enerģija palielinās. Līdzsvara stāvoklī potenciālā enerģija ir nulle, un kinētiskā enerģija ir maksimālā. Turpinot kustību pēc inerces, svārsts iziet līdzsvara stāvokli. Izejot līdzsvara stāvokli, svārsta kinētiskā enerģija samazinās, bet palielinās tā potenciālā enerģija. Kad svārsts apstāsies, tā kinētiskā enerģija kļūs vienāda ar nulli, un potenciālā enerģija sasniegs maksimumu un viss atkārtosies apgrieztā secībā.
Saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu svārsta potenciālā enerģija galējā novirzītā stāvoklī ir vienāda ar tā kinētisko enerģiju brīdī, kad tas iziet cauri līdzsvara stāvoklim.
Svārstību procesā jebkurā laika momentā svārsta kopējā mehāniskā enerģija ir vienāda ar tā potenciālu galējā novirzītā stāvoklī vai kinētisko enerģiju līdzsvara stāvokļa iziešanas brīdī
kur svārsta augstums galējā novirzītā stāvoklī, ātrums brīdī, kad tas iziet cauri līdzsvara stāvoklim.
4. Svārstību periods- minimālais laika intervāls, pēc kura kustība tiek atkārtota, vai laika intervāls, kurā notiek viena pilnīga svārstība. Periods ( T) tiek mērīts sekundēs.
5. Svārstību frekvence- nosaka vienā sekundē veikto pilnīgo svārstību skaitu. Biežums un periods ir saistīti ar
Frekvenci mēra hercos (Hz). Viens hercs ir viena pilnīga svārstība vienā sekundē.
6. Cikliskā frekvence vai apļveida frekvence nosaka pilnīgu svārstību skaitu sekundē
Biežums ir pozitīva vērtība , .
7. Mehānisko vibrāciju amplitūda ir ķermeņa maksimālā novirze no līdzsvara stāvokļa. Vispārējā svārstību gadījumā amplitūda ir maksimālā vērtība, ko iegūst periodiski mainīgs fiziskais lielums.
8. Harmoniskās vibrācijas- svārstības, kurās svārstību vērtība mainās saskaņā ar sinusa vai kosinusa likumu (saskaņā ar harmonikas likumu):
Šeit ir svārstību amplitūda, cikliskā frekvence.
9. Harmonisko svārstību fāze - lielums , stāvot zem sinusa vai kosinusa zīmes. Fāze nosaka mainīgā lieluma vērtību noteiktā laikā, sākuma fāze, t.i. laika atskaites sākuma brīdī Vienkāršākais harmonisko svārstību piemērs ir projekcijas svārstības uz punkta koordinātu asīm m kas vienmērīgi pārvietojas pa rādiusa apli BET plaknē XOY, kura centrs sakrīt ar izcelsmi (79. att.)
Vienkāršības labad iestatām , t.i. tad
Daudzas labi zināmās svārstību sistēmas par harmoniskām var uzskatīt tikai aptuveni tikai ļoti mazām novirzēm. Galvenais harmonisko svārstību nosacījums ir cikliskās frekvences un amplitūdas noturība. Piemēram, svārstoties vītnes svārstam, novirzes leņķis no vertikāles mainās nevienmērīgi, t.i. cikliskā frekvence nav nemainīga. Ja novirzes ir ļoti mazas, tad svārsta kustība ir ļoti lēna un kustības nelīdzenumus var neievērot, pieņemot . Jo lēnāka kustība, jo mazāka ir vides pretestība, jo mazāki enerģijas zudumi un mazākas amplitūdas izmaiņas.
Tādējādi nelielas svārstības var aptuveni uzskatīt par harmoniskām.
10. Vibrāciju analītiskais attēlojums- mainīgās vērtības ieraksts funkcijas veidā, kas izsaka vērtības atkarību no laika.
11. Vibrāciju grafiskais attēlojums - svārstību attēlojums funkcijas grafika veidā koordinātu asīs OX un t.
Piemēram, analītiski harmoniskās svārstības ir rakstītas kā , un tās grafiskais attēlojums ir attēlots kā sinusoīds - nepārtraukta līnija 80. attēlā.
12.Punkta ātrums harmoniskajās svārstībās– mēs iegūstam funkciju, diferencējot atkarībā no laika X(t)
Kur ir ātruma amplitūda, proporcionāla cikliskajai frekvencei un nobīdes amplitūdai.
Tātad ātrums V saskaņā ar sinusoidālo likumu ar tādu pašu periodu T, kas ir nobīde X ietvaros 
. Ātruma fāze vada pārvietošanas fāzi ar . Tas nozīmē, ka ātrums ir maksimālais, kad punkts šķērso līdzsvara stāvokli, un pie maksimālā punkta pārvietojuma tā ātrums ir nulle. Ātruma grafiks attēlots ar punktētu līniju 80. attēlā
13. Punkta paātrinājums harmonisko svārstību laikā ko iegūst, diferencējot ātrumu attiecībā pret laiku vai diferencējot pārvietojumu X divreiz laikā:
Kur ir paātrinājuma amplitūda, kas ir proporcionāla nobīdes amplitūdai un cikliskās frekvences kvadrātam.
Punkta paātrinājums harmonisko svārstību laikā mainās saskaņā ar sinusoidālo likumu ar tādu pašu periodu T, kas ir nobīde iekšienē 
Paātrinājuma fāze vada pārvietošanas fāzi par . Paātrinājums ir vienāds ar nulli brīdī, kad punkts iet garām līdzsvara stāvoklim 81. attēlā paātrinājuma grafiks attēlots ar punktētu līniju, nepārtraukta līnija attēlo nobīdes grafiku.
Ņemot vērā, ka paātrinājumu rakstām formā
Tie. Paātrinājums harmoniskajās svārstībās ir proporcionāls pārvietojumam un vienmēr ir vērsts uz līdzsvara stāvokli (pret pārvietojumu). Attālinoties no līdzsvara stāvokļa, punkts strauji kustas, tuvojoties līdzsvara stāvoklim, punkts strauji kustas.
14. Harmonisko svārstību dinamika. Reizinot punkta paātrinājumu, kas rada harmoniskas svārstības, ar tā masu, saskaņā ar otro Ņūtona likumu iegūstam spēku, kas iedarbojas uz punktu
Apzīmējiet Tagad mēs rakstām spēku, kas iedarbojas uz punktu
No pēdējās vienādības izriet, ka harmoniskās svārstības izraisa pārvietojumam proporcionāls spēks, kas vērsts pret pārvietojumu, t.i. līdzsvara stāvoklī.
15. Atsperes svārsta svārstību periods. Atsperes svārsts svārstās elastīga spēka ietekmē
Spēks, kas ir proporcionāls pārvietojumam un ir vērsts uz līdzsvara stāvokli, izraisa punkta harmoniskas svārstības. Tāpēc atsperes svārsta svārstības ir harmoniskas. Stinguma koeficients ir
Paturot prātā, ka mēs iegūstam atsperes svārsta brīvo svārstību periodu
Atsperes svārsta frekvence ir
.
15. Matemātiskais svārsts- materiāls punkts, kas piekārts uz bezgalīgi tieva, bezsvara, neizstiepjama pavediena, kas gravitācijas ietekmē svārstās vertikālā plaknē.
Uz vītnes piekārtu slodzi, kuras izmēri salīdzinājumā ar vītnes garumu ir niecīgi, var aptuveni uzskatīt par matemātisko svārstu. Bieži vien šādu svārstu sauc par vītnes svārstu.
Apsveriet nelielas matemātiskā svārsta svārstības ar garumu l. Līdzsvara stāvoklī gravitācijas spēku līdzsvaro vītnes spriegojums, t.i. .
Ja svārstu novirzām nelielā leņķī, tad gravitācijas spēks un spriedzes spēks, kas vērsti viens pret otru leņķī, summējas uz rezultējošo spēku, kas ir vērsts uz līdzsvara stāvokli. 82. attēlā svārsta novirze no vertikāles ir
Leņķis ir tik mazs, ka cikliskā frekvence, t.i. vītnes griešanās leņķisko ātrumu var uzskatīt par nemainīgu. Tāpēc formā ierakstām svārsta pārvietojumu
Tādējādi nelielas matemātiskā svārsta svārstības ir harmoniskas svārstības. No att. 82 no tā izriet, ka spēks ir bet tāpēc
Kur m, g, un l nemainīgas vērtības. Apzīmēsim un iegūsim atjaunojošā spēka moduli formā . Ja ņem vērā, ka spēks vienmēr ir vērsts uz līdzsvara stāvokli, t.i. pret novirzi, tad mēs rakstām tās izteiksmi formā .
Tātad spēks, kas izraisa matemātiskā svārsta svārstības, ir proporcionāls pārvietojumam un ir vērsts pret pārvietojumu, tāpat kā atsperes svārsta svārstību gadījumā, t.i., šī spēka raksturs ir tāds pats kā elastības spēkam. Bet pēc būtības elastības spēks ir elektromagnētisks spēks. Spēks, kas izraisa matemātiskā svārsta svārstības pēc savas būtības ir gravitācijas spēks - neelektromagnētisks, tāpēc to sauc kvazielastīgs ar spēku. Jebkuru spēku, kas darbojas kā elastīgs spēks, kas pēc būtības nav elektromagnētisks, sauc par kvazielastīgo spēku. Tas ļauj uzrakstīt izteiksmi matemātiskā svārsta svārstību periodam formā
.
No šīs vienlīdzības izriet, ka matemātiskā svārsta svārstību periods nav atkarīgs no svārsta masas, bet ir atkarīgs no tā garuma un brīvā kritiena paātrinājuma. Zinot matemātiskā svārsta svārstību periodu un tā garumu, ir iespējams noteikt brīvā kritiena paātrinājumu jebkurā Zemes virsmas punktā.
17. Ķermeņa vibrācijas, kas peld uz šķidruma virsmas. Vienkāršības labad apsveriet masas ķermeni m cilindra formā ar pamatnes laukumu S.Ķermenis peld daļēji iegremdēts šķidrumā, kura blīvums ir (83. att.).
Ļaujiet iegremdēšanas dziļumam atrasties līdzsvara stāvoklī. Šajā gadījumā Arhimēda rezultējošais spēks un gravitācijas spēks ir vienāds ar nulli
.
Ja maināt iegremdēšanas dziļumu uz X tad Arhimēda spēks kļūs vienāds un rezultējošā spēka modulis F kļūst atšķirīgs no nulles
Atsaucoties uz 
mēs saņemam
Apzīmējot spēka moduli F kā
Ja iegremdēšanas dziļums palielinās, t.i. ķermenis virzās uz leju, Arhimēda spēks kļūst lielāks par gravitācijas spēku un izrietošo F vērsta uz augšu, t.i. pret pārvietošanu. Ja iegremdēšanas dziļums samazinās, t.i. pāriet uz augšu no līdzsvara stāvokļa, Arhimēda spēks kļūst mazāks par gravitācijas spēku un izrietošo F vērsta uz leju, t.i. pret pārvietošanu.
Tātad spēks F vienmēr vērsta pret pārvietojumu un tā modulis ir proporcionāls pārvietojumam
Šis spēks ir kvazielastīgs un izraisa ķermeņa, kas peld uz šķidruma virsmas, harmoniskas svārstības. Šo svārstību periodu aprēķina pēc formulas, kas ir kopīga harmoniskām svārstībām
.
18. Viendabīga šķidruma svārstības U veida caurulē. Ļaujiet iegūt viendabīgu masu m, kuras blīvumu ielej U veida caurulē, kuras šķērsgriezuma laukums S(84. att.) Līdzsvara stāvoklī kolonnu augstumi abos caurules līkumos ir vienādi, saskaņā ar likumu par kuģu savienošanu viendabīgam šķidrumam.
Ja šķidrumu izved no līdzsvara, tad šķidruma kolonnu augstumi ceļos mainīsies periodiski, t.i. šķidrums caurulē svārstīsies.
Lai kādā brīdī būtu šķidruma kolonnas augstums labajā ceļgalā X vairāk. nekā pa kreisi. Tas nozīmē, ka šķidrumu caurulē ietekmē šķidruma gravitācija kolonnā ar augstumu X, , kur ir šķidruma kolonnas tilpums ar augstumu x. Produkts ir nemainīgs, tāpēc .
Tātad spēka modulis F ir proporcionāls šķidruma kolonnu augstuma starpībai elkoņos, t.i. proporcionāls šķidruma nobīdei mēģenē. Šī spēka virziens vienmēr ir pretējs pārvietojumam, t.i.
Tāpēc šis spēks izraisa šķidruma harmoniskas svārstības caurulē. Mēs rakstām šo svārstību periodu saskaņā ar harmonisko svārstību noteikumu
19. Ķermeņa svārstības sfēriskā bļodā.Ļaujiet ķermenim slīdēt bez berzes sfēriskā rādiusa bļodā R(78. att.). Ar nelielām novirzēm no līdzsvara stāvokļa šī ķermeņa svārstības var uzskatīt par matemātiskā svārsta harmoniskām svārstībām, kuru garums ir vienāds ar R, ar periodu, kas vienāds ar
20. Harmonisko svārstību enerģija. Kā piemēru apsveriet atsperes svārsta svārstības. Kad nobīde X
Ja berzes spēks ir ļoti liels, tad slāpētās svārstības nenotiek. Ķermenis, ko jebkuri spēki izved no līdzsvara, pēc šo spēku darbības izbeigšanās atgriežas līdzsvara stāvoklī un apstājas. Šādu kustību sauc par aperiodisku (neperiodisku). Aperiodiskās kustības grafiks parādīts 86. att.
22. Piespiedu vibrācijas- neslāpētas sistēmas svārstības, ko izraisa ārējie spēki, kas periodiski mainās laika gaitā (piespiedu spēki).
Ja virzošais spēks mainās saskaņā ar harmonikas likumu
, kur virzošā spēka amplitūda ir tā cikliskā frekvence, tad sistēmā var izveidot piespiedu harmoniskas svārstības ar ciklisko frekvenci, kas vienāda ar virzošā spēka frekvenci
.
23. Rezonanse- krass piespiedu svārstību amplitūdas pieaugums, kad virzošā spēka frekvence sakrīt ar sistēmas brīvo svārstību biežumu. Ja svārstības notiek izturīgā vidē, tad piespiedu svārstību amplitūdas atkarības no virzošā spēka frekvences grafiks izskatās kā 87. att.
Virzošais spēks, kura frekvence sakrīt ar sistēmas brīvo svārstību biežumu, pat ar ļoti mazām virzošā spēka amplitūdām, var izraisīt svārstības ar ļoti lielu amplitūdu.
24. Brīvas vibrācijas. Sistēmas dabiskā frekvence. Brīvās vibrācijas ir sistēmas vibrācijas, kas rodas tās iekšējo spēku ietekmē. Atsperes svārsta iekšējais spēks ir elastības spēks. Matemātiskajam svārstam, kas sastāv no paša svārsta un Zemes, iekšējais spēks ir gravitācija. Ķermenim, kas peld uz šķidruma virsmas, iekšējais spēks ir Arhimēda spēks.
25. Pašsvārstības- neslāpētas svārstības, kas rodas vidē, pateicoties enerģijas avotam, kuram nav svārstību īpašību, kompensējot enerģijas zudumus, lai pārvarētu berzes spēkus. Pašoscilējošās sistēmas saņem vienādas enerģijas daļas vienādos laika intervālos, piemēram, pēc viena perioda. Pulksteņi ir pašoscilējošas sistēmas piemērs.
Baltkrievijas Nacionālā tehniskā universitāte
"Tehniskās fizikas" katedra
Mehānikas un molekulārās fizikas laboratorija
Ziņot
laboratorijas darbam SP 1
“Vibrācijas un viļņi.
Aizpildījis: students gr.107624
Khikhol I.P.
Pārbaudījis: Fedotenko A.V.
Minska 2004
Jautājumi:
Kādu kustību sauc par svārstību? Svārstību veidi? Kādas vibrācijas sauc par harmoniskām? Harmonisko svārstību pamatīpašības.
Kādas vibrācijas sauc par brīvām? Sniedziet brīvo vibrāciju piemērus.
Kādas vibrācijas sauc par piespiedu? Sniedziet piespiedu svārstību piemērus.
Aprakstiet enerģijas pārveidošanas procesu harmoniski svārstīgas kustības laikā, izmantojot matemātikas vai atsperu svārsta piemēru.
Pēc kādas formulas tiek noteikta kopējā mehāniskā enerģija ķermeņa harmoniskās svārstības laikā līdzsvara punkta un kustības galējo punktu iziešanas brīdī.
Kāpēc svārsta brīvās svārstības slāpē? Kādos apstākļos svārsta svārstības var kļūt neslāpētas?
Kas ir mehāniskā rezonanse? Kāds ir rezonanses stāvoklis? Rezonanses veidi. Rezonanses sistēmu piemēri. Sniedziet piemēru par noderīgu un kaitīgu rezonanses izpausmi.
Kas ir pašoscilējoša sistēma? Sniedziet pašsvārstību iegūšanas ierīces piemēru. Kāda ir atšķirība starp pašsvārstībām un piespiedu un brīvām svārstībām?
Ko sauc par vilni? Viļņu procesa galvenās īpašības. Viļņu veidi.
Kādus viļņus sauc par šķērsvirziena, garenvirziena viļņiem? Kāda ir atšķirība starp tām? Sniedziet šķērsenisko un garenisko viļņu piemērus?
Kuru vilni sauc par lineāru, sfērisku, plakni? Kādas īpašības viņiem piemīt?
Kā viļņi atstarojas no šķēršļa? Kas ir stāvošais vilnis? Tās galvenās īpašības. Sniedziet piemērus.
Viļņu procesu pielietojums. Kā ir izvietota radioteleskopa antena?
Skaņas viļņi un to pielietojums.
Atbildes:
1 Svārstības ir procesi, kas atšķiras vienā vai otrā atkārtošanās pakāpē.
Ir vibrācijas: mehāniskās, elektromagnētiskās, elektromehāniskās.
Harmoniskās svārstības ir tās svārstības, kurās svārstību vērtība mainās atbilstoši sin vai cos likumam.
Harmonisko svārstību galvenie raksturlielumi: amplitūda, viļņa garums, frekvence.
2 Brīvās svārstības sauc par svārstībām, kas rodas sistēmā, kas atstāta sev pēc tam, kad tai ir izdarīts grūdiens vai tā ir izņemta no līdzsvara.
Brīvo vibrāciju piemērs: uz vītnes piekārtas lodītes vibrācijas.
3 Piespiedu svārstības sauc par: svārstībām, kuru laikā svārstību sistēma tiek pakļauta ārējam periodiski mainīgam spēkam.
Piespiedu vibrāciju piemērs: tilta vibrācijas, kas rodas, cilvēkiem ejot pa to, ejot solī.
4 Harmoniski svārstīgā kustībā enerģija pāriet no kinētiskās uz potenciālo enerģiju un otrādi. Enerģiju summa ir vienāda ar maksimālo enerģiju.
5 Saskaņā ar formulu kopējo mehānisko enerģiju nosaka ķermeņa harmoniskās svārstības laikā līdzsvara punkta iziešanas brīdī, 
ekstremālie kustības punkti.
6 Svārsta brīvās svārstības slāpst, jo ķermeni ietekmē spēks, kas kavē tā kustību (berzes spēki, pretestība).
Ja nepārtraukti tiek piegādāta enerģija, svārsta svārstības var kļūt neslāpētas.
7 Rezonanse - maksimālais amplitūdas pieaugums.
Rezonanses nosacījums: kad sistēmas dabiskajai frekvencei jāsakrīt ar translācijas frekvenci.
Rezonanses sistēmu piemēri:
Noderīgas rezonanses izpausmes piemērs: izmanto akustikā, radiotehnikā (radio uztvērējs). Kaitīgas rezonanses izpausmes piemērs: tiltu iznīcināšana, kad pār tiem iet maršējošas kolonnas.
8 Pašoscilācijas sistēma - tās ir svārstības, ko pavada ārējo spēku ietekme uz svārstību sistēmu, tomēr laika momentus, kad šie efekti tiek īstenoti, nosaka pati svārstību sistēma - sistēma pati kontrolē ārējos spēkus.
Ierīces pašsvārstību iegūšanas piemērs: pulkstenis, kurā svārsts saņem triecienus no pacelta svara vai savērptas atsperes enerģijas, un šie triecieni rodas brīdī, kad svārsts iziet cauri vidusstāvoklim.
Atšķirība starp pašsvārstībām un piespiedu un brīvām svārstībām ir tāda, ka enerģija šai sistēmai tiek piegādāta no ārpuses, bet šo enerģijas padevi kontrolē pati sistēma.
9 Vilnis ir svārstības, kas laika gaitā izplatās telpā.
Viļņu procesa raksturojums: viļņa garums, viļņu izplatīšanās ātrums, viļņu amplitūda
Viļņi ir šķērseniski un gareniski.
10 Šķērsviļņi - vides daļiņas svārstās, paliekot plaknēs, kas ir perpendikulāras viļņa izplatībai.
Garenviļņi - vides daļiņas svārstās viļņu izplatīšanās virzienā
Šķērsviļņu piemērs ir skaņas viļņi, gareniskie viļņi ir radioviļņi.
11 Lineārais vilnis ir vilnis, kas izplatās paralēlās līnijās.
Sfērisks vilnis izplatās visos virzienos no punkta, kas izraisa tā svārstības, un cekuli atgādina sfēras.
Vilnis tiek uzskatīts par plakanu, ja tā viļņu virsmas ir plakņu kopa, kas ir paralēla viena otrai.
12 Vilnis tiek atstarots tādā pašā leņķī pret normālo kā krītošais vilnis šajā punktā.
Stāvvilnis veidojas viendabīgā vidē, kad pa šo vidi viens pret otru izplatās divi identiski viļņi: ceļojošie un pretimnākošie viļņi. Superpozīcijas (šo formu superpozīcijas) rezultātā rodas stāvvilnis.
Raksturlielumi: amplitūda, frekvence.
Piemērs: divi viļņu avoti atrodas ūdenī, tie rada vienu un to pašu vilni, starp šiem avotiem būs stāvviļņi.
13 Viļņu procesi tiek izmantoti signālu pārraidei no attāluma.
Viļņi, kas krīt uz antenas plaknes, tiek atspoguļoti paralēli un krustojas vienā punktā, kur notiek rezonanse
14 Skaņas viļņi izplatās kā gareniski mehāniski viļņi. Šo viļņu izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no vides mehāniskajām īpašībām un nav atkarīgs no frekvences.
Literatūra:
Sivukhins D.V. Vispārējais kurss fizika, v., 2. nod., 17. §. M., "Zinātne", 1989.
Detlafs A., A. Javorskis B. M. "Augstskola", 1998.
Gevorkjans R.G. Šepels
Trofimoza T.I. Fizikas kurss, M. "Augstskola", 1998.g.
Sazeleva I.V. Vispārējās fizikas kurss, 1. sēj., nod. 2, §15. M., "Zinātne", 1977.
Narakevičs I.I., Volmjanskis E.I., Lobko S.I. Fizika VTU. - Minska. Pabeigt skolu. 1992. gads
), svārstības, kas rodas, pateicoties enerģijai, kas sistēmai tiek nodota svārstību kustības sākumā (piemēram, mehāniskā sistēmā caur ķermeņa sākotnējo nobīdi vai piešķirot tam sākotnējo ātrumu, un elektriskā sistēmā - svārstību ķēde - izveidojot sākotnējo lādiņu uz kondensatora plāksnēm). Dabisko svārstību amplitūdu, atšķirībā no piespiedu svārstībām, nosaka tikai šī enerģija, un to biežumu nosaka pašas sistēmas īpašības. Enerģijas izkliedes dēļ dabiskās svārstības vienmēr ir slāpētas svārstības. Dabisku vibrāciju piemērs ir zvana, gongu, klavieru stīgu u.c. skaņas.
Mūsdienu enciklopēdija. 2000 .
Skatiet, kas ir "pašu svārstības" citās vārdnīcās:
Dabiskās vibrācijas- (brīvās vibrācijas), vibrācijas, kas rodas enerģijas dēļ, kas sistēmai tiek nodota svārstību kustības sākumā (piemēram, mehāniskā sistēmā ar ķermeņa sākotnējo nobīdi vai piešķirot tai sākotnējo ātrumu, un elektriskās ... ... Ilustrētā enciklopēdiskā vārdnīca
Vibrācijas jebkurā vibrācijā. sistēma, kas rodas, ja nav ārējas ietekmes; tāds pats kā (skat. BRĪVĀS VIBRĀCIJAS). Fiziskā enciklopēdiskā vārdnīca. Maskava: padomju enciklopēdija. Galvenais redaktors A. M. Prohorovs. 1983... Fiziskā enciklopēdija
- (brīvās svārstības) svārstības, kuras var ierosināt svārstību sistēmā sākotnējā grūdiena ietekmē. Dabisko vibrāciju formu un frekvenci nosaka masa un elastība mehāniskajām dabiskajām vibrācijām un induktivitāte un ... ... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca
- (Svārstības) brīvas ķermeņa vai svārstību ķēdes vibrācijas pēc inerces, ja tās neietekmē periodisks ārējs spēks. S. K. ir ļoti noteikts periods (savs periods); piem. kuģa vibrācijas pēc tā ... ... Jūras vārdnīca
dabiskās vibrācijas- Brīvas svārstības vienā no savām formām. [Ieteicamo terminu krājums. 82. izdevums. Konstrukciju mehānika. PSRS Zinātņu akadēmija. Zinātniskās un tehniskās terminoloģijas komiteja. 1970] Tēmas konstrukcijas mehānika, materiālu izturība EN ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
- (brīvās vibrācijas), vibrācijas, kuras var ierosināt svārstību sistēmā sākotnējā grūdiena ietekmē. Mehānisko dabisko svārstību formu un frekvenci nosaka masa un elastība, un elektromagnētiskā induktivitāte un ... ... enciklopēdiskā vārdnīca
dabiskās vibrācijas- savieji virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. īpatnējās svārstības; dabiskās svārstības; pašsvārstības vok. Eigenschwingungen, f rus. dabiskās svārstības, n pranc. oscilations propres, f … Fizikos terminų žodynas
Brīvās vibrācijas, vibrācijas, kas rodas dinamikā sistēma, ja nav ārējas ietekmes, kad tai sākotnējā brīdī tiek paziņots ārējs traucējums, kas izved sistēmu no līdzsvara. S. to raksturu galvenokārt nosaka ... ... Matemātiskā enciklopēdija
dabiskās vibrācijas- ▲ fiziskās svārstības sākotnējā grūdiena ietekmē rodas neatkarīgas dabiskās [brīvās] svārstības. pašsvārstības. pašuzbudinājums ir spontāna svārstību rašanās sistēmā ārējās ietekmes ietekmē. spektrs. trīnītis... Krievu valodas ideogrāfiskā vārdnīca
Brīvas svārstības, svārstības mehāniskā, elektriskā vai jebkurā citā fizikālā sistēmā, kas rodas, ja nav ārējas ietekmes sākotnēji uzkrātās enerģijas dēļ (sākotnējās nobīdes vai ... Lielā padomju enciklopēdija
Grāmatas
- Sarežģīta pagātne. Parīzi meklējot jeb mūžīgā atgriešanās (3 grāmatu komplekts), Mihails Germans. Slavenā Sanktpēterburgas rakstnieka un mākslas vēsturnieka Mihaila Jurjeviča Germana trīssējumu prozā iekļauti memuāri "Grūtā pagātne" un grāmata "Parīzi meklējot jeb mūžīgā ...
- Stress īpašvārdos mūsdienu krievu valodā, A. V. Superanskaya. Šī grāmata ir veltīta stresa analīzei īpašvārdi mūsdienu krievu valodā. Ekspozīcija aptver trīs īpašvārdu veidus - personvārdus, uzvārdus un ģeogrāfiskos nosaukumus ...
svārstības- kustības, kas precīzi vai aptuveni atkārtojas noteiktos laika intervālos.
Brīvas vibrācijas- sistēmas svārstības iekšējo ķermeņu iedarbībā pēc sistēmas izņemšanas no līdzsvara.
Uz auklas piekārta atsvara vai atsperei piestiprināta atsvara vibrācijas ir brīvo vibrāciju piemēri. Pēc šo sistēmu izņemšanas no līdzsvara stāvokļa tiek radīti apstākļi, kuros ķermeņi svārstās bez ārējo spēku ietekmes.
Sistēma- ķermeņu grupa, kuras kustību pētām.
iekšējie spēki- spēki, kas darbojas starp sistēmas ķermeņiem.
Ārējie spēki- spēki, kas iedarbojas uz sistēmas ķermeņiem no ķermeņiem, kas tajā neietilpst.
Brīvo svārstību rašanās nosacījumi.
- Kad ķermenis tiek izņemts no līdzsvara stāvokļa, sistēmā jārodas spēkam, kas vērsts uz līdzsvara stāvokli un tādējādi tiecas atgriezt ķermeni līdzsvara stāvoklī.
Piemērs: atsperei piestiprinātajai lodei virzoties pa kreisi un pa labi, elastīgais spēks tiek virzīts uz līdzsvara stāvokli. - Berzei sistēmā jābūt pietiekami zemai. Pretējā gadījumā svārstības ātri izmirs vai neparādīsies vispār. Nepārtrauktas svārstības ir iespējamas tikai tad, ja nav berzes.
Pastāv dažādi veidi svārstības fizikā, ko raksturo noteikti parametri. Apsveriet to galvenās atšķirības, klasifikāciju pēc dažādiem faktoriem.
Pamatdefinīcijas
Svārstības tiek saprastas kā process, kurā ar regulāriem intervāliem kustības galvenajiem raksturlielumiem ir vienādas vērtības.
Šādas svārstības sauc par periodiskām, kurās pamatlielumu vērtības tiek atkārtotas ar regulāriem intervāliem (svārstību periods).
Svārstību procesu šķirnes
Apskatīsim galvenos svārstību veidus, kas pastāv fundamentālajā fizikā.
Brīvās vibrācijas ir tās, kas rodas sistēmā, kas pēc sākotnējā trieciena nav pakļauta ārējai mainīgai ietekmei.
Brīvo svārstību piemērs ir matemātiskais svārsts.
Mehānisko vibrāciju veidi, kas sistēmā rodas ārēja mainīga spēka ietekmē.
Klasifikācijas iezīmes
Saskaņā ar fizisko raksturu izšķir šādus svārstīgo kustību veidus:
- mehānisks;
- termiski;
- elektromagnētiskais;
- sajaukts.
Atbilstoši mijiedarbības ar vidi variantam
Vibrāciju veidi mijiedarbībā ar vidi atšķirt vairākas grupas.
Ārējas periodiskas darbības ietekmē sistēmā parādās piespiedu svārstības. Par šāda veida svārstību piemēriem varam uzskatīt roku, lapu kustību uz kokiem.
Piespiedu harmoniskām svārstībām var parādīties rezonanse, kurā ar vienādām ārējās darbības un oscilatora frekvences vērtībām ar strauju amplitūdas pieaugumu.
Dabiskās vibrācijas sistēmā iekšējo spēku ietekmē pēc tās izņemšanas no līdzsvara. Vienkāršākais brīvo vibrāciju variants ir slodzes kustība, kas ir piekārta uz vītnes vai piestiprināta pie atsperes.
Pašsvārstības sauc par veidiem, kuros sistēmai ir noteikts potenciālās enerģijas daudzums, ko izmanto svārstību veikšanai. pazīme tas ir fakts, ka amplitūdu raksturo pašas sistēmas īpašības, nevis sākotnējie nosacījumi.
Nejaušām svārstībām ārējai slodzei ir nejauša vērtība.
Svārstību kustību pamatparametri
Visiem svārstību veidiem ir noteiktas īpašības, kas jāmin atsevišķi.
Amplitūda ir maksimālā novirze no līdzsvara stāvokļa, svārstīgas vērtības novirze, to mēra metros.
Periods ir vienas pilnīgas svārstības laiks, pēc kura atkārtojas sistēmas raksturlielumi, kas aprēķināti sekundēs.
Frekvenci nosaka svārstību skaits laika vienībā, tā ir apgriezti proporcionāla svārstību periodam.
Svārstību fāze raksturo sistēmas stāvokli.
Raksturīga harmoniskām vibrācijām
Šāda veida svārstības notiek saskaņā ar kosinusa vai sinusa likumu. Furjē izdevās konstatēt, ka jebkura periodiska svārstība var tikt attēlota kā harmonisko izmaiņu summa, paplašinot noteiktu funkciju
Piemēram, apsveriet svārstu ar noteiktu periodu un ciklisku biežumu.
Kas raksturo šos svārstību veidus? Fizika uzskata idealizētu sistēmu, kas sastāv no materiālais punkts, kas ir piekārts uz bezsvara nestiepjama pavediena, gravitācijas ietekmē svārstās.
Šādiem vibrāciju veidiem ir noteikts enerģijas daudzums, tie ir izplatīti dabā un tehnoloģijā.
Ar ilgstošu svārstību kustību mainās tā masas centra koordinātas, un ar maiņstrāvu mainās strāvas un sprieguma vērtība ķēdē.
Ir dažādi harmonisko svārstību veidi pēc to fiziskās būtības: elektromagnētiskās, mehāniskās utt.
Kratīšana darbojas kā piespiedu vibrācija transportlīdzeklis, kas pārvietojas pa nelīdzenu ceļu.
Galvenās atšķirības starp piespiedu un brīvajām vibrācijām
Šāda veida elektromagnētiskās svārstības atšķiras pēc fiziskajām īpašībām. Vidējas pretestības un berzes spēku klātbūtne izraisa brīvo svārstību slāpēšanu. Piespiedu svārstību gadījumā enerģijas zudumus kompensē tās papildu padeve no ārēja avota.
Atsperes svārsta periods ir saistīts ar ķermeņa masu un atsperes stingrību. Matemātiskā svārsta gadījumā tas ir atkarīgs no vītnes garuma.
Ar zināmu periodu ir iespējams aprēķināt svārstību sistēmas dabisko frekvenci.
Tehnoloģijā un dabā ir svārstības ar dažādas vērtības frekvences. Piemēram, svārsta, kas svārstās Sanktpēterburgas Īzaka katedrālē, frekvence ir 0,05 Hz, bet atomiem tā ir vairāki miljoni megahercu.
Pēc noteikta laika tiek novērota brīvo svārstību slāpēšana. Tāpēc reālajā praksē tiek izmantotas piespiedu svārstības. Tie ir pieprasīti dažādās vibrācijas mašīnās. Vibrācijas āmurs ir triecien-vibrācijas mašīna, kas paredzēta cauruļu, pāļu un citu metāla konstrukciju iedzīšanai zemē.
Elektromagnētiskās vibrācijas
Vibrācijas režīmu raksturojums ietver galveno fizisko parametru analīzi: lādiņš, spriegums, strāvas stiprums. Kā elementāra sistēma, ko izmanto elektromagnētisko svārstību novērošanai, ir svārstību ķēde. To veido, virknē savienojot spoli un kondensatoru.
Kad ķēde ir aizvērta, tajā rodas brīvas elektromagnētiskās svārstības, kas saistītas ar periodiskām izmaiņām kondensatora elektriskā lādiņā un strāvā spolē.
Tie ir brīvi, jo to izpildes laikā nav ārējas ietekmes, bet tiek izmantota tikai enerģija, kas tiek uzkrāta pašā ķēdē.
Ja nav ārējas ietekmes, pēc noteikta laika tiek novērota elektromagnētisko svārstību vājināšanās. Šīs parādības iemesls būs pakāpeniska kondensatora izlāde, kā arī spoles pretestība.
Tāpēc reālā ķēdē rodas slāpētas svārstības. Kondensatora lādiņa samazināšana noved pie enerģijas vērtības samazināšanās salīdzinājumā ar tā sākotnējo vērtību. Pakāpeniski tas izdalīsies siltuma veidā uz savienojošajiem vadiem un spoles, kondensators tiks pilnībā izlādēts, un elektromagnētiskās svārstības tiks pabeigtas.
Zinātnes un tehnikas svārstību nozīme
Jebkuras kustības, kurām ir noteikta atkārtošanās pakāpe, ir svārstības. Piemēram, matemātisko svārstu raksturo sistemātiska novirze abos virzienos no sākotnējā vertikālā stāvokļa.
Atsperes svārsta viena pilnīga svārstība atbilst tā kustībai uz augšu un uz leju no sākotnējā stāvokļa.
Elektriskajā ķēdē, kurai ir kapacitāte un induktivitāte, kondensatora plāksnēs atkārtojas uzlāde. Kāds ir svārstīgo kustību cēlonis? Svārsts darbojas tāpēc, ka gravitācija liek tam atgriezties sākotnējā stāvoklī. Atsperes modeļa gadījumā līdzīgu funkciju veic atsperes elastīgais spēks. Izejot līdzsvara stāvokli, slodzei ir noteikts ātrums, tāpēc ar inerci tā pārvietojas garām vidējam stāvoklim.
Elektriskās svārstības var izskaidrot ar potenciālu starpību, kas pastāv starp uzlādēta kondensatora plāksnēm. Pat pilnībā izlādējoties, strāva nepazūd, tā tiek uzlādēta.
Mūsdienu tehnoloģijās tiek izmantotas svārstības, kas būtiski atšķiras pēc sava rakstura, atkārtošanās pakāpes, rakstura un arī rašanās "mehānisma".
Mehāniskās vibrācijas rada mūzikas instrumentu stīgas, jūras viļņi un svārsts. Veicot dažādas mijiedarbības, tiek ņemtas vērā ķīmiskās svārstības, kas saistītas ar reaģentu koncentrācijas izmaiņām.
Elektromagnētiskās svārstības dod iespēju izveidot dažādas tehniskas ierīces, piemēram, telefonu, ultraskaņas medicīnas ierīces.
Cefeīdu spilgtuma svārstības īpaši interesē astrofizikā, un tās pēta dažādu valstu zinātnieki.
Secinājums
Visu veidu svārstības ir cieši saistītas ar milzīgu skaitu tehnisku procesu un fizikālu parādību. To praktiskā nozīme ir liela gaisa kuģu būvē, kuģu būvē, dzīvojamo kompleksu celtniecībā, elektrotehnikā, radioelektronikā, medicīnā un fundamentālajās zinātnēs. Tipiska svārstību procesa piemērs fizioloģijā ir sirds muskuļa kustība. Mehāniskās vibrācijas ir sastopamas organiskajā un neorganiskajā ķīmijā, meteoroloģijā un arī daudzās citās dabaszinātnēs.
Pirmie matemātiskā svārsta pētījumi tika veikti septiņpadsmitajā gadsimtā, un līdz deviņpadsmitā gadsimta beigām zinātnieki varēja noteikt elektromagnētisko svārstību raksturu. Krievu zinātnieks Aleksandrs Popovs, kurš tiek uzskatīts par radiosakaru "tēvu", veica savus eksperimentus, tieši pamatojoties uz elektromagnētisko svārstību teoriju, Tomsona, Huygens un Rayleigh pētījumu rezultātiem. Viņam izdevās atrast praktisku pielietojumu elektromagnētiskajām svārstībām, izmantot tās radiosignāla pārraidīšanai lielā attālumā.
Akadēmiķis P. N. Ļebedevs daudzus gadus veica eksperimentus, kas saistīti ar augstfrekvences elektromagnētisko svārstību radīšanu, izmantojot mainīgus elektriskos laukus. Izmantojot daudzus eksperimentus, kas saistīti ar dažādi veidi svārstības, zinātniekiem izdevās atrast jomas to optimālai izmantošanai mūsdienu zinātne un tehnoloģija.