Tipos de oscilações e suas definições. Vibrações: mecânicas e eletromagnéticas

1. Flutuações.

2. Vibrações mecânicas.

3. Transformações de energia durante vibrações mecânicas.

4. O período de oscilações.

5. Frequência de oscilação.

6. Frequência de oscilação cíclica.

7. Amplitude das oscilações mecânicas.

8. Vibrações harmônicas.

9. Fase da oscilação harmônica.

10. Representação analítica de oscilações.

11. Representação gráfica de vibrações.

12. A velocidade de um ponto em uma oscilação harmônica.

13. Aceleração de um ponto em oscilação harmônica.

14. Dinâmica de oscilação harmônica.

15. Período de oscilação de um pêndulo de mola.

16. Pêndulo matemático. força quase elástica.

17. Oscilações de um corpo flutuando na superfície de um líquido.

18. Oscilações de um líquido homogêneo em um tubo em forma de U.

19. Oscilações de um corpo em uma tigela esférica.

20. Energia de oscilação harmônica.

21. Vibrações amortecidas.

22. Vibrações forçadas.

23. Ressonância.

24. Vibrações livres. Frequência própria.

25. Auto-oscilações.

1. Flutuações. As oscilações são geralmente chamadas de mudanças periódicas no estado do sistema, em que os valores de vários quantidades físicas caracterizam este sistema. Por exemplo, mudanças periódicas na pressão e densidade do ar, tensão e corrente elétrica são flutuações nessas quantidades.

Matematicamente, periodicidade significa que se - é uma função periódica do tempo com um período T, então para qualquer t igualdade

2. Vibrações mecânicas- movimentos do corpo que são repetidos exatamente ou quase exatamente em intervalos regulares.

Vibrações mecânicas ocorrem em sistemas que possuem uma posição de equilíbrio estável. De acordo com o princípio da energia potencial mínima, na posição de equilíbrio estável, a energia potencial do sistema é mínima. Quando um corpo é removido de uma posição de equilíbrio estável, sua energia potencial aumenta. Nesse caso, surge uma força direcionada para a posição de equilíbrio (força de retorno), e quanto mais o corpo se afasta da posição de equilíbrio, maior sua energia potencial e maior o módulo da força restauradora. Por exemplo, quando um pêndulo de mola se desvia da posição de equilíbrio, o papel da força restauradora é desempenhado pela força elástica, cujo módulo muda proporcionalmente ao desvio, onde X desvio do pêndulo da posição de equilíbrio. A energia potencial de um pêndulo de mola varia proporcionalmente ao quadrado do deslocamento.

Da mesma forma, há oscilações de um pêndulo de filamento e uma bola se movendo ao longo do fundo de uma tigela esférica de raio R, que pode ser considerado como um pêndulo de rosca com comprimento de rosca igual ao raio do bojo (Fig. 78).

3.Transformações de energia durante vibrações mecânicas. Se não houver forças de atrito, então a energia mecânica total de um corpo oscilante permanece constante. No processo de oscilações, ocorrem transformações mútuas periódicas da energia potencial e cinética do corpo. Façamos o raciocínio sobre o exemplo das oscilações de um pêndulo de fio. Para simplificar o raciocínio, tomamos a energia potencial do pêndulo na posição de equilíbrio igual a zero. Na posição defletida extrema, a energia potencial do pêndulo é máxima, e a energia cinética é zero, porque. nesta posição o pêndulo está em repouso. Ao se mover para a posição de equilíbrio, a altura do pêndulo acima da superfície da Terra diminui e a energia potencial diminui, enquanto sua velocidade e energia cinética aumentam. Na posição de equilíbrio, a energia potencial é zero e a energia cinética é máxima. Continuando a se mover por inércia, o pêndulo passa a posição de equilíbrio. Após passar da posição de equilíbrio, a energia cinética do pêndulo diminui, mas sua energia potencial aumenta. Quando o pêndulo parar, sua energia cinética se tornará igual a zero, e a energia potencial atingirá um máximo e tudo se repetirá na ordem inversa.

De acordo com a lei da conservação da energia, a energia potencial do pêndulo na posição extrema defletida é igual à sua energia cinética no momento de passar pela posição de equilíbrio.

No processo de oscilação em qualquer momento, a energia mecânica total do pêndulo é igual ao seu potencial na posição extrema defletida ou a energia cinética no momento de passar a posição de equilíbrio.

onde a altura do pêndulo na posição extrema defletida, a velocidade no momento de passar pela posição de equilíbrio.

4. Período de oscilação- o intervalo de tempo mínimo após o qual o movimento é repetido, ou o intervalo de tempo durante o qual ocorre uma oscilação completa. Período ( T) é medido em segundos.

5. Frequência de oscilação- determina o número de oscilações completas feitas em um segundo. A frequência e o período estão relacionados por

A frequência é medida em hertz (Hz). Um hertz é uma oscilação completa em um segundo.

6. Frequência cíclica ou frequência circular determina o número de oscilações completas por segundo

A frequência é um valor positivo , .

7. Amplitude de vibrações mecânicasé o desvio máximo do corpo da posição de equilíbrio. No caso geral de oscilações, a amplitude é o valor máximo que uma quantidade física que muda periodicamente assume.

8. Vibrações harmônicas- oscilações em que o valor oscilante muda de acordo com a lei do seno ou cosseno (de acordo com a lei harmônica):

Aqui está a amplitude de oscilação, frequência cíclica.

9. Fase da oscilação harmônica - magnitude , sob o signo do seno ou cosseno. A fase determina o valor da quantidade flutuante em um determinado momento, a fase inicial, ou seja, no momento do início da referência de tempo O exemplo mais simples de oscilações harmónicaséa oscilação da projecção nos eixos coordenados do ponto m movendo-se uniformemente ao longo de um círculo de raio MAS no avião XOY, cujo centro coincide com a origem (Fig. 79)

Por simplicidade, definimos , ou seja. então

Muitos sistemas oscilatórios bem conhecidos só podem ser considerados aproximadamente harmônicos aproximadamente para desvios muito pequenos. A principal condição para a oscilação harmônica é a constância da frequência e amplitude cíclicas. Por exemplo, quando um pêndulo de rosca oscila, o ângulo de desvio da vertical muda de forma desigual, ou seja, a frequência cíclica não é constante. Se os desvios são muito pequenos, então o movimento do pêndulo é muito lento e a irregularidade do movimento pode ser desprezada, assumindo . Quanto mais lento o movimento, menor a resistência do meio, menor a perda de energia e menor a mudança na amplitude.

Assim, pequenas oscilações podem ser consideradas aproximadamente harmônicas.

10. Representação analítica de vibrações- registro do valor flutuante na forma de uma função que expressa a dependência do valor no tempo.

11. Representação gráfica de vibrações - representação de oscilações na forma de gráfico de uma função nos eixos coordenados OX e t.

Por exemplo, as oscilações harmônicas analiticamente são escritas como , e sua representação gráfica é representada como uma senóide - uma linha sólida na Fig.80.

12.Velocidade pontual na oscilação harmônica– obtemos, diferenciando em relação ao tempo, a função X(t)

Onde é a amplitude da velocidade, proporcional à frequência cíclica e amplitude de deslocamento.

Então a velocidade V de acordo com uma lei senoidal com o mesmo período T, qual é o deslocamento X dentro de . A fase de velocidade lidera a fase de deslocamento por . Isso significa que a velocidade é máxima quando o ponto passa da posição de equilíbrio e, nos deslocamentos máximos do ponto, sua velocidade é zero. O gráfico de velocidade é representado por uma linha pontilhada na Fig. 80

13. Aceleração de um ponto durante oscilações harmônicas obtido diferenciando a velocidade em relação ao tempo ou diferenciando o deslocamento X duas vezes no tempo:

Onde é a amplitude de aceleração proporcional à amplitude de deslocamento e ao quadrado da frequência cíclica.

A aceleração de um ponto durante oscilações harmônicas muda de acordo com uma lei senoidal com o mesmo período T, que é a mudança dentro de A fase de aceleração antecipa a fase de deslocamento em . A aceleração é igual a zero no momento em que o ponto passa da posição de equilíbrio.Na Fig. 81, o gráfico de aceleração é mostrado por uma linha pontilhada, a linha sólida representa o gráfico de deslocamento.

Considerando que escrevemos a aceleração na forma

Aqueles. a aceleração em uma oscilação harmônica é proporcional ao deslocamento e é sempre direcionada para a posição de equilíbrio (contra o deslocamento). Afastando-se da posição de equilíbrio, o ponto se move rapidamente, aproximando-se da posição de equilíbrio, o ponto se move rapidamente.

14. Dinâmica da oscilação harmônica. Multiplicando a aceleração de um ponto que faz uma oscilação harmônica, por sua massa, obtemos, de acordo com a segunda lei de Newton, a força que atua sobre o ponto

Denote Agora escrevemos a força que atua no ponto

Segue-se da última igualdade que as oscilações harmônicas são causadas por uma força proporcional ao deslocamento e direcionada contra o deslocamento, ou seja, para a posição de equilíbrio.

15. Período de oscilação de um pêndulo de mola. Um pêndulo de mola oscila sob a ação de uma força elástica

Uma força proporcional ao deslocamento e direcionada para a posição de equilíbrio causa oscilações harmônicas do ponto. Portanto, as oscilações de um pêndulo de mola são harmônicas. O coeficiente de rigidez é

Tendo em mente que obtemos o período de oscilações livres do pêndulo da mola

A frequência do pêndulo da mola é

.

15. Pêndulo matemático- um ponto material suspenso em um fio infinitamente fino, sem peso, inextensível, oscilando em um plano vertical, sob a ação da gravidade.

Uma carga suspensa em um fio, cujas dimensões são desprezíveis em comparação com o comprimento do fio, pode ser considerada aproximadamente um pêndulo matemático. Muitas vezes, esse pêndulo é chamado de pêndulo de fio.

Considere pequenas oscilações de um pêndulo matemático com comprimento eu. Na posição de equilíbrio, a força da gravidade é equilibrada pela tensão no fio, ou seja, .

Se desviarmos o pêndulo em um pequeno ângulo, então a força da gravidade e a força da tensão, direcionadas em ângulo uma para a outra, somam a força resultante, que é direcionada para a posição de equilíbrio. Na Fig. 82, o desvio do pêndulo da vertical é

O ângulo é tão pequeno que a frequência cíclica, ou seja, a velocidade angular de rotação da rosca pode ser considerada constante. Portanto, escrevemos o deslocamento do pêndulo na forma

Assim, pequenas oscilações de um pêndulo matemático são oscilações harmônicas. Da Fig. 82 segue-se que a força é mas, portanto,

Onde m, g, e eu valores constantes. Vamos denotar e obter o módulo da força restauradora na forma . Se levarmos em conta que a força é sempre direcionada para a posição de equilíbrio, ou seja, contra o viés, então escrevemos sua expressão na forma .

Assim, a força que causa as oscilações de um pêndulo matemático é proporcional ao deslocamento e direcionada contra o deslocamento, como no caso das oscilações de um pêndulo de mola, ou seja, a natureza dessa força é a mesma da força elástica. Mas, por natureza, a força elástica é uma força eletromagnética. A força que causa oscilações de um pêndulo matemático é por sua natureza uma força gravitacional - não eletromagnética, por isso é chamada quase elásticoà força. Qualquer força que atue como uma força elástica que não seja de natureza eletromagnética é chamada de força quase elástica. Isso nos permite escrever a expressão para o período de oscilação de um pêndulo matemático na forma

.

Segue-se desta igualdade que o período de oscilação de um pêndulo matemático não depende da massa do pêndulo, mas depende de seu comprimento e aceleração de queda livre. Conhecendo o período de oscilação de um pêndulo matemático e seu comprimento, é possível determinar a aceleração de queda livre em qualquer ponto da superfície da Terra.

17. Vibrações de um corpo flutuando na superfície de um líquido. Para simplificar, considere um corpo de massa m na forma de um cilindro com uma área de base S. O corpo flutua parcialmente imerso em um líquido cuja densidade é (Fig. 83).

Deixe a profundidade de imersão estar na posição de equilíbrio. Neste caso, a força resultante de Arquimedes e a força da gravidade é igual a zero

.

Se você alterar a profundidade de imersão para X então a força de Arquimedes se tornará igual e o módulo da força resultante F torna-se diferente de zero

Dado que Nós temos

Denotando , o módulo de força F Como

Se a profundidade de imersão aumentar, ou seja, o corpo se move para baixo, a força de Arquimedes torna-se maior que a força da gravidade e a resultante F dirigido para cima, ou seja, contra deslocamento. Se a profundidade de imersão diminuir, ou seja, desloca para cima a partir da posição de equilíbrio, a força de Arquimedes torna-se menor que a força da gravidade e a resultante F dirigido para baixo, ou seja contra deslocamento.

Então a força F sempre dirigido contra o deslocamento e seu módulo é proporcional ao deslocamento

Essa força é quase elástica e provoca oscilações harmônicas de um corpo flutuando na superfície de um líquido. O período dessas oscilações é calculado pela fórmula comum para oscilações harmônicas

.

18. Oscilações de um líquido homogêneo em um tubo em U. Seja um fluido homogêneo de massa m, cuja densidade é despejada em um tubo em forma de U, cuja área da seção transversal S(Fig.84) Em estado de equilíbrio, as alturas das colunas em ambos os cotovelos do tubo são as mesmas, de acordo com a lei dos vasos comunicantes para um líquido homogêneo.

Se o líquido for retirado do equilíbrio, as alturas das colunas de líquido nos joelhos mudarão periodicamente, ou seja, o líquido no tubo irá oscilar.

Seja em algum momento a altura da coluna de líquido no joelho direito X mais. do que à esquerda. Isso significa que o líquido no tubo é afetado pela gravidade do líquido em uma coluna com altura X, , onde é o volume da coluna de líquido com altura x. O produto é uma constante, então .

Então o módulo de força Fé proporcional à diferença nas alturas das colunas de líquido nos cotovelos, ou seja, proporcional ao deslocamento do líquido no tubo. A direção dessa força é sempre oposta ao deslocamento, ou seja,

Portanto, essa força causa oscilações harmônicas do líquido no tubo. Escrevemos o período dessas oscilações de acordo com a regra para oscilações harmônicas

19. Oscilações de um corpo em uma tigela esférica. Deixe o corpo deslizar sem atrito em uma tigela esférica de raio R(Fig. 78). Com pequenos desvios da posição de equilíbrio, as oscilações deste corpo podem ser consideradas como oscilações harmônicas de um pêndulo matemático, cujo comprimento é igual a R, com período igual a

20. Energia de oscilação harmônica. Como exemplo, considere a oscilação de um pêndulo de mola. Quando deslocado X

Se a força de atrito for muito alta, as oscilações amortecidas não ocorrem. O corpo, tirado do equilíbrio por quaisquer forças, após o término da ação dessas forças, retorna à posição de equilíbrio e para. Tal movimento é chamado aperiódico (não periódico). O gráfico de movimento aperiódico é mostrado na Fig.86.

22. Vibrações forçadas- oscilações não amortecidas do sistema, que são causadas por forças externas que mudam periodicamente ao longo do tempo (forças forçantes).

Se a força motriz muda de acordo com a lei harmônica

, onde a amplitude da força motriz é sua frequência cíclica, então oscilações harmônicas forçadas com uma frequência cíclica igual à frequência da força motriz podem ser estabelecidas no sistema

.

23. Ressonância- um aumento acentuado na amplitude das oscilações forçadas quando a frequência da força motriz coincide com a frequência das oscilações livres do sistema. Se a oscilação ocorrer em um meio resistente, o gráfico da dependência da amplitude das oscilações forçadas na frequência da força motriz se parece com a Fig. 87

A força motriz, cuja frequência coincide com a frequência de oscilações livres do sistema, mesmo com amplitudes muito pequenas da força motriz, pode causar oscilações com amplitude muito grande.

24. Vibrações livres. Frequência natural do sistema. Vibrações livres são as vibrações de um sistema que ocorrem sob a ação de suas forças internas. Para um pêndulo de mola, a força interna é a força elástica. Para um pêndulo matemático, que consiste no próprio pêndulo e na Terra, a força interna é a gravidade. Para um corpo flutuando na superfície de um líquido, a força interna é a força de Arquimedes.

25. Auto-oscilações- oscilações não amortecidas que ocorrem no meio, devido a uma fonte de energia que não possui propriedades oscilatórias, compensando as perdas de energia para superar as forças de atrito. Os sistemas auto-oscilantes recebem porções iguais de energia em intervalos de tempo iguais, por exemplo, após um período. Os relógios são um exemplo de sistema auto-oscilante.

Universidade Técnica Nacional da Bielorrússia

Departamento de "Física Técnica"

Laboratório de Mecânica e Física Molecular

Relatório

para trabalho de laboratório SP 1

“Vibrações e Ondas.

Preenchido por: aluno gr.107624

Khikhol I.P.

Verificado por: Fedotenko A.V.

Minsk 2004

Perguntas:

Que movimento é chamado oscilatório? Tipos de flutuações? Quais vibrações são chamadas de harmônicas? Características básicas da oscilação harmônica.

Que vibrações são chamadas de livres? Dê exemplos de vibrações livres.

Que vibrações são chamadas de forçadas? Dê exemplos de oscilações forçadas.

Descreva o processo de conversão de energia durante o movimento harmonicamente oscilatório, usando o exemplo de um pêndulo matemático ou de mola.

Por qual fórmula é determinada a energia mecânica total durante a oscilação harmônica do corpo no momento da passagem do ponto de equilíbrio e dos pontos extremos do movimento.

Por que as oscilações livres de um pêndulo amortecem? Sob quais condições as oscilações de um pêndulo podem se tornar não amortecidas?

O que é ressonância mecânica? Qual é a condição de ressonância? Tipos de ressonância. Exemplos de sistemas ressonantes. Dê um exemplo de uma manifestação útil e prejudicial de ressonância.

O que é um sistema auto oscilatório? Dê um exemplo de um dispositivo para obter auto-oscilações. Qual é a diferença entre auto-oscilações e oscilações forçadas e livres?

O que é chamado de onda? As principais características do processo ondulatório. Tipos de onda.

Que ondas são chamadas transversais, longitudinais? Qual a diferença entre eles? Dê exemplos de ondas transversais e longitudinais?

Qual onda é chamada linear, esférica, plana? Que propriedades eles têm?

Como as ondas são refletidas por um obstáculo? O que é uma onda estacionária? Suas principais características. Dar exemplos.

Aplicação de processos ondulatórios. Como é organizada uma antena de radiotelescópio?

Ondas sonoras e suas aplicações.

Respostas:

1 As oscilações são processos que diferem em um grau ou outro de repetição.

Existem vibrações: mecânicas, eletromagnéticas, eletromecânicas.

As oscilações harmônicas são aquelas oscilações nas quais o valor oscilante muda de acordo com a lei do sen ou cos.

As principais características de uma oscilação harmônica: amplitude, comprimento de onda, frequência.

2 As oscilações livres são chamadas: oscilações que ocorrem em um sistema deixado a si mesmo depois que um empurrão foi dado a ele ou foi retirado do equilíbrio

Um exemplo de vibrações livres: vibrações de uma bola suspensa em um fio.

3 As oscilações forçadas são chamadas: oscilações, durante as quais o sistema oscilante é exposto a uma força externa que muda periodicamente.

Um exemplo de vibrações forçadas: as vibrações de uma ponte que ocorrem quando as pessoas caminham ao longo dela, caminhando em passo.

4 Em um movimento harmonicamente oscilatório, a energia passa da energia cinética para a energia potencial e vice-versa. A soma das energias é igual à energia máxima.

5 De acordo com a fórmula, a energia mecânica total é determinada durante a oscilação harmônica do corpo no momento da passagem do ponto de equilíbrio,
pontos extremos de movimento.

6 As oscilações livres do pêndulo amortecem à medida que o corpo é afetado por uma força que impede seu movimento (forças de atrito, resistência).

As oscilações do pêndulo podem se tornar não amortecidas se a energia for constantemente fornecida.

7 Ressonância - o aumento máximo de amplitude.

Condição de ressonância: quando a frequência natural do sistema deve corresponder à translacional.

Exemplos de sistemas ressonantes:

Um exemplo de uma manifestação útil de ressonância: usado em acústica, engenharia de rádio (receptor de rádio). Um exemplo de manifestação nociva de ressonância: a destruição de pontes quando colunas em marcha passam por cima delas.

8 Sistema auto-oscilatório - são oscilações acompanhadas da influência de forças externas sobre o sistema oscilatório, porém, os momentos de tempo em que esses efeitos são realizados são definidos pelo próprio sistema oscilatório - o próprio sistema controla as forças externas.

Um exemplo de dispositivo para obter auto-oscilações: um relógio em que o pêndulo recebe choques devido à energia de um peso levantado ou de uma mola torcida, e esses choques ocorrem no momento em que o pêndulo passa pela posição intermediária.

A diferença entre auto-oscilações e oscilações forçadas e livres é que a energia é fornecida a esse sistema de fora, mas esse fornecimento de energia é controlado pelo próprio sistema.

9 Uma onda é uma oscilação que se propaga no espaço ao longo do tempo.

Características do processo de onda: comprimento de onda, velocidade de propagação da onda, amplitude da onda

As ondas são transversais e longitudinais.

10 Ondas transversais - partículas do meio oscilam, permanecendo em planos perpendiculares à propagação da onda.

Ondas longitudinais - partículas do meio oscilam na direção de propagação da onda

Um exemplo de ondas transversais são as ondas sonoras, as ondas longitudinais são as ondas de rádio.

11 Uma onda linear é uma onda que se propaga em linhas paralelas.

Uma onda esférica se propaga em todas as direções a partir do ponto que a faz oscilar, e as cristas se assemelham a esferas.

Uma onda é considerada plana se suas superfícies de onda são um conjunto de planos paralelos entre si.

12 A onda é refletida no mesmo ângulo com a normal que a onda incidente naquele ponto.

Uma onda estacionária é formada em um meio homogêneo quando duas ondas idênticas se propagam através desse meio: viajando e se aproximando. Como resultado da superposição (superposição dessas formas), surge uma onda estacionária.

Características: amplitude, frequência.

Exemplo: duas fontes de ondas estão na água, elas criam a mesma onda, haverá ondas estacionárias entre essas fontes.

13 Processos de onda são usados ​​na transmissão de sinais à distância.

As ondas incidentes no plano da antena são refletidas em paralelo e se cruzam em um ponto onde ocorre a ressonância

14 As ondas sonoras se propagam como ondas mecânicas longitudinais. A velocidade de propagação dessas ondas depende das propriedades mecânicas do meio e não depende da frequência.

Literatura:

Sivukhin D.V. Curso geral física, v., cap.2, §17. M., "Ciência", 1989.

Detlaf A., A. Yavorsky B. M. "Higher School", 1998.

Gevorkyan R.G. Shepel

Trofimoza T.I. Curso de Física, M. "Higher School", 1998.

Sazeleva I. V. Curso de física geral, volume 1, cap. 2, §15. M., "Ciência", 1977.

Narakevich I.I., Volmyansky E.I., Lobko S.I. Física para VTUs. - Minsk. Pós-graduação. 1992

), oscilações que ocorrem devido à energia transmitida ao sistema no início do movimento oscilatório (por exemplo, em um sistema mecânico através do deslocamento inicial do corpo ou dando-lhe uma velocidade inicial, e em um sistema elétrico - um movimento oscilatório circuito - através da criação de uma carga inicial nas placas do capacitor). A amplitude das oscilações naturais, em contraste com as oscilações forçadas, é determinada apenas por essa energia, e sua frequência é determinada pelas propriedades do próprio sistema. Devido à dissipação de energia, as oscilações naturais são sempre oscilações amortecidas. Um exemplo de vibrações naturais é o som de um sino, gongo, corda de piano, etc.

Enciclopédia Moderna. 2000 .

Veja o que é "OSCILAÇÕES PRÓPRIAS" em outros dicionários:

Vibrações naturais- (vibrações livres), vibrações que ocorrem devido à energia transmitida ao sistema no início do movimento oscilatório (por exemplo, em um sistema mecânico através do deslocamento inicial do corpo ou dando-lhe uma velocidade inicial, e em um sistema elétrico ... ... Dicionário Enciclopédico Ilustrado

Vibrações em qualquer vibração. sistema que ocorre na ausência de influência externa; o mesmo que (ver VIBRAÇÕES LIVRES). Dicionário Enciclopédico Físico. Moscou: Enciclopédia Soviética. Editor-chefe A. M. Prokhorov. 1983... Enciclopédia Física

- (oscilações livres) oscilações que podem ser excitadas em um sistema oscilatório sob a influência de um empurrão inicial. A forma e a frequência das vibrações naturais são determinadas pela massa e elasticidade para vibrações naturais mecânicas e indutância e ... ... Grande Dicionário Enciclopédico

- (Oscilações) vibrações livres de um corpo ou de um circuito oscilante por inércia, quando não são afetadas por uma força externa periódica. S. K. têm um período bem definido (próprio período); por exemplo. as vibrações do navio depois dele ... ... Dicionário Marinho

vibrações naturais- Oscilações livres em uma das formas próprias. [Coleção de termos recomendados. Questão 82. Mecânica estrutural. Academia de Ciências da URSS. Comitê de Terminologia Científica e Técnica. 1970] Tópicos mecânica estrutural, resistência dos materiais EN ... Manual do Tradutor Técnico

- (vibrações livres), vibrações que podem ser excitadas em um sistema oscilatório sob a ação de um empurrão inicial. A forma e a frequência das oscilações naturais mecânicas são determinadas pela massa e elasticidade, e indutância eletromagnética e ... ... dicionário enciclopédico

vibrações naturais- statusas savieji virpesiai T sritis fizika atitikmenys: angl. oscilações próprias; oscilações naturais; auto oscilações vok. Eigenschwingungen, f rus. oscilações naturais, n pranc. oscilações propres, f … Fizikos terminų žodynas

Vibrações livres, vibrações que ocorrem em um ambiente dinâmico sistema na ausência de uma influência externa quando uma perturbação externa é comunicada a ele no momento inicial, o que coloca o sistema fora de equilíbrio. O caráter de S. a. é determinado principalmente por ... ... Enciclopédia Matemática

vibrações naturais- ▲ oscilações físicas independentes oscilações naturais [livres] ocorrem sob a influência do empurrão inicial. auto-oscilações. auto-excitação é a ocorrência espontânea de oscilações no sistema sob a influência de influências externas. espectro. trio... Dicionário ideográfico da língua russa

Oscilações livres, oscilações em um sistema mecânico, elétrico ou qualquer outro sistema físico, ocorrendo na ausência de influência externa devido à energia inicialmente acumulada (devido à presença de um deslocamento inicial ou ... Grande Enciclopédia Soviética

Livros

• Passado complicado. Em Busca de Paris, ou Eterno Retorno (conjunto de 3 livros), Mikhail German. A prosa em três volumes do famoso escritor e historiador de arte de São Petersburgo Mikhail Yuryevich German inclui as memórias "O Passado Difícil" e o livro "Em Busca de Paris, ou o Eterno ...
• Estresse em nomes próprios em russo moderno, A. V. Superanskaya. Este livro é dedicado à análise do estresse em nomes próprios em russo moderno. A exposição abrange três tipos de nomes próprios - nomes pessoais, sobrenomes e nomes geográficos em ...

flutuações- movimentos que se repetem exata ou aproximadamente em determinados intervalos de tempo.
Vibrações livres- flutuações no sistema sob a ação de corpos internos, depois que o sistema é retirado do equilíbrio.
As vibrações de um peso suspenso por uma corda ou de um peso preso a uma mola são exemplos de vibrações livres. Após a remoção desses sistemas da posição de equilíbrio, são criadas condições sob as quais os corpos oscilam sem a influência de forças externas.
Sistema- um conjunto de corpos, cujo movimento estudamos.
forças internas- forças que atuam entre os corpos do sistema.
Forças externas- forças que atuam nos corpos do sistema dos corpos que não estão incluídos nele.

Condições para a ocorrência de oscilações livres.

1. Quando o corpo é retirado da posição de equilíbrio, uma força deve surgir no sistema direcionada para a posição de equilíbrio e, portanto, tendendo a retornar o corpo à posição de equilíbrio.
   Exemplo: quando a bola presa à mola se move para a esquerda e quando se move para a direita, a força elástica é direcionada para a posição de equilíbrio.
2. O atrito no sistema deve ser suficientemente baixo. Caso contrário, as oscilações desaparecerão rapidamente ou não aparecerão. As oscilações contínuas são possíveis apenas na ausência de atrito.

Existir tipos diferentes oscilações na física, caracterizadas por certos parâmetros. Considere suas principais diferenças, classificação de acordo com vários fatores.

Definições básicas

A oscilação é entendida como um processo em que, em intervalos regulares, as principais características do movimento têm os mesmos valores.

Tais oscilações são chamadas periódicas, nas quais os valores das quantidades básicas se repetem em intervalos regulares (período de oscilações).

Variedades de processos oscilatórios

Consideremos os principais tipos de oscilações que existem na física fundamental.

Vibrações livres são aquelas que ocorrem em um sistema que não está sujeito a influências variáveis ​​externas após o choque inicial.

Um exemplo de oscilações livres é um pêndulo matemático.

Esses tipos de vibrações mecânicas que ocorrem no sistema sob a ação de uma força variável externa.

Características da classificação

De acordo com a natureza física, distinguem-se os seguintes tipos de movimentos oscilatórios:

• mecânico;
• térmico;
• eletromagnético;
• misturado.

De acordo com a opção de interação com o ambiente

Tipos de vibrações por interação com meio Ambiente distinguir vários grupos.

As oscilações forçadas aparecem no sistema sob a ação de uma ação periódica externa. Como exemplos desse tipo de oscilação, podemos considerar o movimento das mãos, das folhas das árvores.

Para oscilações harmônicas forçadas, pode aparecer uma ressonância, na qual, com valores iguais da frequência da ação externa e do oscilador, com um aumento acentuado da amplitude.

Vibrações naturais no sistema sob a influência de forças internas depois que ele é retirado do equilíbrio. A variante mais simples de vibrações livres é o movimento de uma carga suspensa em um fio ou presa a uma mola.

Auto-oscilações são chamadas de tipos em que o sistema tem uma certa quantidade de energia potencial usada para fazer oscilações. marca deles é o fato de que a amplitude é caracterizada pelas propriedades do próprio sistema, e não pelas condições iniciais.

Para oscilações aleatórias, a carga externa tem um valor aleatório.

Parâmetros básicos de movimentos oscilatórios

Todos os tipos de oscilações possuem certas características, que devem ser mencionadas separadamente.

A amplitude é o desvio máximo da posição de equilíbrio, o desvio de um valor flutuante, é medido em metros.

O período é o tempo de uma oscilação completa, após a qual se repetem as características do sistema, calculadas em segundos.

A frequência é determinada pelo número de oscilações por unidade de tempo, é inversamente proporcional ao período de oscilação.

A fase de oscilação caracteriza o estado do sistema.

Característica das vibrações harmônicas

Tais tipos de oscilações ocorrem de acordo com a lei do cosseno ou seno. Fourier conseguiu estabelecer que qualquer oscilação periódica pode ser representada como uma soma de mudanças harmônicas expandindo uma determinada função em

Como exemplo, considere um pêndulo com um certo período e frequência cíclica.

O que caracteriza esses tipos de oscilações? A física considera um sistema idealizado, que consiste em ponto material, que está suspenso em um fio inextensível sem peso, oscila sob a influência da gravidade.

Esses tipos de vibrações têm uma certa quantidade de energia, são comuns na natureza e na tecnologia.

Com movimento oscilatório prolongado, as coordenadas de seu centro de massa mudam e, com corrente alternada, o valor da corrente e da tensão no circuito muda.

Existem diferentes tipos de oscilações harmônicas de acordo com sua natureza física: eletromagnética, mecânica, etc.

Agitação atua como uma vibração forçada veículo, que se move em uma estrada áspera.

As principais diferenças entre vibrações forçadas e livres

Esses tipos de oscilações eletromagnéticas diferem em características físicas. A presença de resistência média e forças de atrito levam ao amortecimento das oscilações livres. No caso de oscilações forçadas, as perdas de energia são compensadas pelo seu fornecimento adicional de uma fonte externa.

O período de um pêndulo de mola relaciona a massa do corpo e a rigidez da mola. No caso de um pêndulo matemático, depende do comprimento do fio.

Com um período conhecido, é possível calcular a frequência natural do sistema oscilatório.

Na tecnologia e na natureza, existem flutuações com valores diferentes frequências. Por exemplo, o pêndulo que oscila na Catedral de Santo Isaac em São Petersburgo tem uma frequência de 0,05 Hz, enquanto para os átomos é de vários milhões de megahertz.

Após um certo período de tempo, observa-se o amortecimento das oscilações livres. É por isso que as oscilações forçadas são usadas na prática real. Eles estão em demanda em uma variedade de máquinas de vibração. O martelo vibratório é uma máquina de vibração de choque, destinada a cravar tubos, estacas e outras estruturas metálicas no solo.

Vibrações eletromagnéticas

As características dos modos de vibração envolvem a análise dos principais parâmetros físicos: carga, tensão, intensidade da corrente. Como um sistema elementar, que é usado para observar oscilações eletromagnéticas, é um circuito oscilatório. É formado ligando uma bobina e um capacitor em série.

Quando o circuito é fechado, surgem nele oscilações eletromagnéticas livres, associadas a mudanças periódicas na carga elétrica do capacitor e na corrente na bobina.

Eles são livres devido ao fato de que quando são realizados não há influência externa, mas apenas a energia armazenada no próprio circuito é usada.

Na ausência de influência externa, após um certo período de tempo, observa-se a atenuação da oscilação eletromagnética. O motivo desse fenômeno será a descarga gradual do capacitor, assim como a resistência que a bobina realmente possui.

É por isso que as oscilações amortecidas ocorrem em um circuito real. Reduzir a carga no capacitor leva a uma diminuição no valor da energia em comparação com seu valor original. Gradualmente, ele será liberado na forma de calor nos fios de conexão e na bobina, o capacitor será completamente descarregado e a oscilação eletromagnética será concluída.

O significado das flutuações na ciência e tecnologia

Quaisquer movimentos que tenham um certo grau de repetição são oscilações. Por exemplo, um pêndulo matemático é caracterizado por um desvio sistemático em ambas as direções da posição vertical original.

Para um pêndulo de mola, uma oscilação completa corresponde ao seu movimento para cima e para baixo a partir da posição inicial.

Em um circuito elétrico que possui capacitância e indutância, há uma repetição de carga nas placas do capacitor. Qual é a causa dos movimentos oscilatórios? O pêndulo funciona devido ao fato de que a gravidade faz com que ele retorne à sua posição original. No caso de um modelo de mola, uma função semelhante é desempenhada pela força elástica da mola. Passando a posição de equilíbrio, a carga tem uma certa velocidade, portanto, por inércia, ela se move além do estado médio.

As oscilações elétricas podem ser explicadas pela diferença de potencial que existe entre as placas de um capacitor carregado. Mesmo quando está completamente descarregada, a corrente não desaparece, ela é recarregada.

Na tecnologia moderna, são usadas oscilações, que diferem significativamente em sua natureza, grau de repetição, caráter e também o "mecanismo" de ocorrência.

As vibrações mecânicas são feitas pelas cordas de instrumentos musicais, ondas do mar e um pêndulo. Flutuações químicas associadas a uma mudança na concentração de reagentes são levadas em consideração ao realizar várias interações.

As oscilações eletromagnéticas permitem criar vários dispositivos técnicos, por exemplo, um telefone, dispositivos médicos ultrassônicos.

As flutuações de brilho das cefeidas são de particular interesse na astrofísica, e cientistas de diferentes países estão estudando-as.

Conclusão

Todos os tipos de oscilações estão intimamente relacionados a um grande número de processos técnicos e fenômenos físicos. Sua importância prática é grande na construção de aeronaves, construção naval, construção de complexos residenciais, engenharia elétrica, eletrônica de rádio, medicina e ciência fundamental. Um exemplo de processo oscilatório típico na fisiologia é o movimento do músculo cardíaco. As vibrações mecânicas são encontradas em química orgânica e inorgânica, meteorologia e também em muitas outras ciências naturais.

Os primeiros estudos do pêndulo matemático foram realizados no século XVII e, no final do século XIX, os cientistas conseguiram estabelecer a natureza das oscilações eletromagnéticas. O cientista russo Alexander Popov, considerado o "pai" das comunicações de rádio, realizou seus experimentos precisamente com base na teoria das oscilações eletromagnéticas, resultados de pesquisas de Thomson, Huygens e Rayleigh. Ele conseguiu encontrar uma aplicação prática para as oscilações eletromagnéticas, para usá-las para transmitir um sinal de rádio a longa distância.

O acadêmico P. N. Lebedev por muitos anos conduziu experimentos relacionados à produção de oscilações eletromagnéticas de alta frequência usando campos elétricos alternados. Através de inúmeras experiências relacionadas com Vários tipos flutuações, os cientistas conseguiram encontrar áreas de seu uso ideal em Ciência moderna e Tecnologia.