Tipuri de oscilații și definițiile lor. Vibrații: mecanice și electromagnetice
1. Fluctuații.
2. Vibrații mecanice.
3. Transformări de energie în timpul vibrațiilor mecanice.
4. Perioada oscilaţiilor.
5. Frecvența de oscilație.
6. Frecvența de oscilație ciclică.
7. Amplitudinea oscilațiilor mecanice.
8. Vibrații armonice.
9. Faza oscilației armonice.
10. Reprezentarea analitică a oscilaţiilor.
11. Reprezentarea grafică a vibrațiilor.
12. Viteza unui punct într-o oscilație armonică.
13. Accelerația unui punct într-o oscilație armonică.
14. Dinamica oscilaţiei armonice.
15. Perioada de oscilație a unui pendul cu arc.
16. Pendul matematic. forță cvasielastică.
17. Oscilații ale unui corp care plutește pe suprafața unui lichid.
18. Oscilații ale unui lichid omogen într-un tub în formă de U.
19. Oscilații ale unui corp într-un bol sferic.
20. Energia oscilației armonice.
21. Vibrații amortizate.
22. Vibrații forțate.
23. Rezonanta.
24. Vibrații libere. Frecvența proprie.
25. Autooscilații.
1. Fluctuații. Oscilațiile sunt, în general, numite modificări periodice ale stării sistemului, în care valorile diferitelor mărimi fizice caracterizează acest sistem. De exemplu, modificările periodice ale presiunii și densității aerului, tensiunii și curentului electric sunt fluctuații ale acestor cantități.
Din punct de vedere matematic, periodicitatea înseamnă că dacă - este o funcție periodică a timpului cu o perioadă T, apoi pentru orice t egalitate 
2. Vibrații mecanice- mișcări ale corpului care se repetă exact sau aproape exact la intervale regulate.
Vibrațiile mecanice apar în sistemele care au o poziție de echilibru stabil. Conform principiului energiei potenţiale minime, în poziţia de echilibru stabil, energia potenţială a sistemului este minimă. Când un corp este scos dintr-o poziție de echilibru stabil, energia sa potențială crește. În acest caz, apare o forță îndreptată către poziția de echilibru (forța de întoarcere), iar cu cât corpul se abate mai mult de la poziția de echilibru, cu atât energia sa potențială este mai mare și cu atât modulul forței de restabilire este mai mare. De exemplu, atunci când un pendul cu arc se abate de la poziția de echilibru, rolul forței de restabilire este jucat de forța elastică, al cărei modul se modifică proporțional cu deviația, unde X abaterea pendulului de la poziția de echilibru. Energia potențială a pendulului cu arc se modifică proporțional cu pătratul deplasării.
În mod similar, există oscilații ale unui pendul cu filament și ale unei bile care se deplasează de-a lungul fundului unui bol sferic cu rază. R, care poate fi considerat ca un pendul cu filet cu lungimea firului egală cu raza bolului (Fig. 78).
3.Transformări de energie în timpul vibrațiilor mecanice. Dacă nu există forțe de frecare, atunci energia mecanică totală a unui corp oscilant rămâne constantă. În procesul oscilațiilor au loc transformări reciproce periodice ale energiei potențiale și cinetice a corpului. Să realizăm raționamentul pe exemplul oscilațiilor unui pendul cu fir. Pentru a simplifica raționamentul, luăm energia potențială a pendulului în poziția de echilibru egală cu zero. În poziția extremă deviată, energia potențială a pendulului este maximă, iar energia cinetică este zero, deoarece. în această poziţie pendulul este în repaus. La trecerea în poziția de echilibru, înălțimea pendulului deasupra suprafeței Pământului scade, iar energia potențială scade, în timp ce viteza și energia cinetică cresc. În poziția de echilibru, energia potențială este zero, iar energia cinetică este maximă. Continuând să se miște prin inerție, pendulul trece de poziția de echilibru. După trecerea poziției de echilibru, energia cinetică a pendulului scade, dar energia potențială a acestuia crește. Când pendulul se oprește, energia lui cinetică va deveni egală cu zero, iar energia potențială va atinge un maxim și totul se va repeta în ordine inversă.
Conform legii conservării energiei, energia potențială a pendulului în poziția extremă deviată este egală cu energia sa cinetică în momentul trecerii prin poziția de echilibru.
În procesul de oscilație în orice moment de timp, energia mecanică totală a pendulului este egală cu potențialul său în poziția extremă deviată sau cu energia cinetică în momentul trecerii pe poziția de echilibru.
unde înălțimea pendulului în poziția extremă deviată, viteza în momentul trecerii prin poziția de echilibru.
4. Perioada de oscilație- intervalul minim de timp după care se repetă mișcarea sau intervalul de timp în care are loc o oscilație completă. Perioada ( T) se măsoară în secunde.
5. Frecvența de oscilație- determină numărul de oscilații complete efectuate într-o secundă. Frecvența și perioada sunt legate de
Frecvența este măsurată în herți (Hz). Un hertz este o oscilație completă într-o secundă.
6. Frecvența ciclică sau frecvența circulară determină numărul de oscilații complete pe secundă
Frecvența este o valoare pozitivă, .
7. Amplitudinea vibrațiilor mecanice este abaterea maximă a corpului de la poziția de echilibru. În cazul general al oscilațiilor, amplitudinea este valoarea maximă pe care o ia o mărime fizică în schimbare periodică.
8. Vibrații armonice- oscilații în care valoarea oscilantei se modifică conform legii sinusului sau cosinusului (după legea armonică):
Aici este amplitudinea oscilației, frecvența ciclică.
9. Faza oscilației armonice - magnitudinea , stând sub semnul sinusului sau al cosinusului. Faza determină valoarea mărimii fluctuante la un moment dat, faza inițială, adică. în momentul începerii referinței de timp Cel mai simplu exemplu de oscilații armonice este oscilația proiecției pe axele de coordonate ale punctului m deplasându-se uniform de-a lungul unui cerc de rază DAR in avion XOY, al cărui centru coincide cu originea (Fig. 79)
Pentru simplitate, setăm , i.e. apoi
Multe sisteme oscilatorii bine-cunoscute pot fi considerate armonice doar aproximativ pentru abateri foarte mici. Condiția principală pentru oscilația armonică este constanța frecvenței ciclice și a amplitudinii. De exemplu, atunci când un pendul cu fir oscilează, unghiul de abatere de la verticală se modifică neuniform, adică. frecvența ciclică nu este constantă. Dacă abaterile sunt foarte mici, atunci mișcarea pendulului este foarte lentă și denivelările mișcării pot fi neglijate, presupunând . Cu cât mișcarea este mai lentă, cu atât rezistența mediului este mai mică, cu atât pierderea de energie este mai mică și modificarea amplitudinii este mai mică.
Astfel, micile oscilații pot fi considerate aproximativ armonice.
10. Reprezentarea analitică a vibrațiilor- înregistrarea valorii fluctuante sub forma unei funcţii care exprimă dependenţa valorii în timp.
11. Reprezentarea grafica a vibratiilor - reprezentarea oscilaţiilor sub forma unui grafic al unei funcţii în axele de coordonate OX şi t.
De exemplu, oscilațiile armonice analitic sunt scrise ca , iar reprezentarea sa grafică este reprezentată ca o sinusoidă - o linie continuă în Fig.80.
12.Viteza punctului în oscilația armonică– obţinem, prin diferenţierea în funcţie de timp, funcţia X(t)
Unde este amplitudinea vitezei, proporțională cu frecvența ciclică și amplitudinea deplasării.
Deci viteza V după o lege sinusoidală cu aceeaşi perioadă T, care este compensarea Xîn 
. Faza de viteză conduce faza de deplasare cu . Aceasta înseamnă că viteza este maximă atunci când punctul trece de poziția de echilibru, iar la deplasările maxime ale punctului, viteza sa este zero. Graficul vitezei este reprezentat printr-o linie punctată în Fig. 80
13. Accelerația unui punct în timpul oscilațiilor armonice obţinută prin diferenţierea vitezei în raport cu timpul sau diferenţierea deplasării X de doua ori la timp:
Unde este amplitudinea accelerației proporțională cu amplitudinea deplasării și pătratul frecvenței ciclice.
Accelerația unui punct în timpul oscilațiilor armonice se modifică conform unei legi sinusoidale cu aceeași perioadă T, care este schimbarea în interior 
Faza de accelerare conduce faza de deplasare cu . Accelerația este egală cu zero în momentul în care punctul trece de poziția de echilibru.În Fig. 81, graficul accelerației este prezentat printr-o linie punctată, linia continuă reprezintă graficul deplasării.
Avand in vedere ca scriem acceleratia in forma
Acestea. accelerația într-o oscilație armonică este proporțională cu deplasarea și este întotdeauna îndreptată spre poziția de echilibru (împotriva deplasării). Îndepărtându-se de poziția de echilibru, punctul se mișcă rapid, apropiindu-se de poziția de echilibru, punctul se mișcă rapid.
14. Dinamica oscilației armonice.Înmulțind accelerația unui punct care face o oscilație armonică, cu masa lui, se obține, conform legii a doua a lui Newton, forța care acționează asupra punctului.
Notă Acum scriem forța care acționează asupra punctului
Din ultima egalitate rezultă că oscilațiile armonice sunt cauzate de o forță proporțională cu deplasarea și îndreptată împotriva deplasării, i.e. la poziția de echilibru.
15. Perioada de oscilație a pendulului cu arc. Un pendul cu arc oscilează sub acțiunea unei forțe elastice
O forță proporțională cu deplasarea și îndreptată spre poziția de echilibru provoacă oscilații armonice ale punctului. Prin urmare, oscilațiile unui pendul cu arc sunt armonice. Coeficientul de rigiditate este
Ținând cont că obținem perioada de oscilații libere a pendulului cu arc
Frecvența pendulului cu arc este
.
15. Pendul matematic- un punct material suspendat pe un fir infinit de subțire, fără greutate, inextensibil, oscilând în plan vertical, sub acțiunea gravitației.
O sarcină suspendată pe un fir, ale cărei dimensiuni sunt neglijabile în comparație cu lungimea firului, poate fi considerată aproximativ un pendul matematic. Adesea, un astfel de pendul se numește pendul cu fir.
Luați în considerare mici oscilații ale unui pendul matematic cu lungime l. În poziția de echilibru, forța gravitației este echilibrată de tensiunea din fir, adică. .
Dacă deviăm pendulul printr-un unghi mic, atunci forța gravitației și forța de tensiune, îndreptate în unghi una față de cealaltă, se adună la forța rezultantă, care este îndreptată spre poziția de echilibru. În Fig. 82, abaterea pendulului de la verticală este
Unghiul este atât de mic încât frecvența ciclică, adică viteza unghiulara de rotatie a filetului poate fi considerata constanta. Prin urmare, scriem deplasarea pendulului în formă
Astfel, micile oscilații ale unui pendul matematic sunt oscilații armonice. Din fig. 82 rezultă că forţa este dar prin urmare
Unde m, g,și l valori constante. Să notăm și să obținem modulul forței de restabilire în forma . Dacă luăm în considerare că forța este întotdeauna îndreptată către poziția de echilibru, adică. împotriva părtinirii, atunci îi scriem expresia sub forma .
Deci, forța care provoacă oscilațiile unui pendul matematic este proporțională cu deplasarea și îndreptată împotriva deplasării, ca în cazul oscilațiilor unui pendul cu arc, adică natura acestei forțe este aceeași cu forța elastică. Dar prin natură, forța elastică este o forță electromagnetică. Forța care provoacă oscilațiile unui pendul matematic este prin natura sa o forță gravitațională - neelectromagnetică, de aceea se numește cvasielastică cu forta. Orice forță care acționează ca o forță elastică care nu este de natură electromagnetică se numește forță cvasielastică. Acest lucru ne permite să scriem expresia pentru perioada de oscilație a unui pendul matematic sub forma
.
Din această egalitate rezultă că perioada de oscilație a unui pendul matematic nu depinde de masa pendulului, ci depinde de lungimea acestuia și de accelerația în cădere liberă. Cunoscând perioada de oscilație a unui pendul matematic și lungimea acestuia, este posibil să se determine accelerația căderii libere în orice punct de pe suprafața Pământului.
17. Vibrații ale unui corp care plutește pe suprafața unui lichid. Pentru simplitate, luați în considerare un corp de masă m sub forma unui cilindru cu suprafata de baza S. Corpul plutește parțial scufundat într-un lichid a cărui densitate este (Fig. 83).
Lăsați adâncimea de scufundare să fie în poziția de echilibru. În acest caz, forța rezultantă a lui Arhimede și forța gravitațională este egală cu zero
.
Dacă modificați adâncimea de scufundare la X atunci forţa lui Arhimede va deveni egală şi modulul forţei rezultante F devine diferit de zero
Dat fiind 
primim
Indicând modulul de forță F la fel de
Dacă adâncimea de scufundare crește, de ex. corpul se mișcă în jos, forța lui Arhimede devine mai mare decât forța gravitației și rezultanta Fîndreptat în sus, adică împotriva deplasării. Dacă adâncimea de scufundare scade, i.e. se deplasează în sus din poziția de echilibru, forța lui Arhimede devine mai mică decât forța gravitațională și rezultanta Fîndreptat în jos, adică împotriva deplasării.
Deci puterea Fîntotdeauna îndreptată împotriva deplasării și modulul acesteia este proporțional cu deplasarea
Această forță este cvasi-elastică și provoacă oscilații armonice ale unui corp care plutește pe suprafața unui lichid. Perioada acestor oscilații se calculează prin formula comună pentru oscilațiile armonice
.
18. Oscilații ale unui lichid omogen într-un tub în U. Lăsați un fluid omogen de masă m, a cărei densitate este turnată într-un tub în formă de U, a cărei secțiune transversală este S(Fig.84) În stare de echilibru, înălțimile coloanelor din ambele coturi ale tubului sunt aceleași, conform legii vaselor comunicante pentru un lichid omogen.
Dacă lichidul este scos din echilibru, atunci înălțimile coloanelor de lichid din genunchi se vor schimba periodic, adică. lichidul din tub va oscila.
Să fie la un moment dat înălțimea coloanei de lichid din genunchiul drept X Mai Mult. decât în stânga. Aceasta înseamnă că lichidul din tub este afectat de gravitatea lichidului dintr-o coloană cu o înălțime X, , unde este volumul coloanei de lichid cu înălțimea X. Produsul este o constantă, deci .
Deci modulul de forță F este proporțională cu diferența de înălțimi a coloanelor de lichid din coturi, adică. proporţional cu deplasarea lichidului în tub. Direcția acestei forțe este întotdeauna opusă deplasării, adică.
Prin urmare, această forță provoacă oscilații armonice ale lichidului din tub. Scriem perioada acestor oscilații după regula pentru oscilațiile armonice
19. Oscilații ale unui corp într-un bol sferic. Lăsați corpul să alunece fără frecare într-un bol sferic cu rază R(Fig. 78). Cu mici abateri de la poziția de echilibru, oscilațiile acestui corp pot fi considerate oscilații armonice ale unui pendul matematic, a cărui lungime este egală cu R, cu o perioadă egală cu
20. Energia de oscilație armonică. Ca exemplu, luați în considerare oscilația unui pendul cu arc. Când este compensată X
Dacă forța de frecare este foarte mare, atunci nu au loc oscilații amortizate. Corpul, scos din echilibru de orice forte, dupa incetarea actiunii acestor forte, revine in pozitia de echilibru si se opreste. O astfel de mișcare se numește aperiodă (neperiodică). Graficul mișcării aperiodice este prezentat în Fig.86.
22. Vibrații forțate- oscilații neamortizate ale sistemului, care sunt cauzate de forțe externe care se modifică periodic în timp (forțe de forță).
Dacă forţa motrice se modifică conform legii armonice
, unde amplitudinea forței motrice este frecvența sa ciclică, atunci se pot stabili în sistem oscilații armonice forțate cu o frecvență ciclică egală cu frecvența forței motrice.
.
23. Rezonanţă- o creştere bruscă a amplitudinii oscilaţiilor forţate atunci când frecvenţa forţei motrice coincide cu frecvenţa oscilaţiilor libere ale sistemului . Dacă oscilația are loc într-un mediu rezistent, atunci graficul dependenței amplitudinii oscilațiilor forțate de frecvența forței motrice arată ca în Fig. 87.
Forța motrice, a cărei frecvență coincide cu frecvența oscilațiilor libere ale sistemului, chiar și cu amplitudini foarte mici ale forței motrice, poate provoca oscilații cu o amplitudine foarte mare.
24. Vibrații libere. Frecvența naturală a sistemului. Vibrațiile libere sunt vibrațiile unui sistem care apar sub acțiunea forțelor sale interne. Pentru un pendul cu arc, forța internă este forța elastică. Pentru un pendul matematic, care constă din pendul însuși și Pământ, forța internă este gravitația. Pentru un corp care plutește pe suprafața unui lichid, forța internă este forța lui Arhimede.
25. Auto-oscilații- oscilații neamortizate care apar în mediu, datorită unei surse de energie care nu are proprietăți oscilatorii, compensând pierderile de energie pentru depășirea forțelor de frecare. Sistemele auto-oscilante primesc porțiuni egale de energie la intervale de timp egale, de exemplu, după o perioadă. Ceasurile sunt un exemplu de sistem auto-oscilant.
Universitatea Națională Tehnică din Belarus
Departamentul „Fizică Tehnică”
Laboratorul de Mecanica si Fizica Moleculara
Raport
pentru lucrări de laborator SP 1
“Vibrații și valuri.
Completat de: student gr.107624
Khikhol I.P.
Verificat de: Fedotenko A.V.
Minsk 2004
Întrebări:
Ce mișcare se numește oscilatoare? Tipuri de fluctuații? Ce vibrații se numesc armonice? Caracteristicile de bază ale oscilației armonice.
Ce vibrații se numesc libere? Dați exemple de vibrații libere.
Ce vibrații se numesc forțate? Dați exemple de oscilații forțate.
Descrieți procesul de conversie a energiei în timpul mișcării oscilatorii armonic, folosind exemplul unui pendul matematic sau cu arc.
Prin ce formulă se determină energia mecanică totală în timpul oscilației armonice a corpului în momentul depășirii punctului de echilibru și a punctelor extreme de mișcare.
De ce se atenuează oscilațiile libere ale pendulului? În ce condiții oscilațiile unui pendul pot deveni neamortizate?
Ce este rezonanța mecanică? Care este starea de rezonanță? Tipuri de rezonanță. Exemple de sisteme rezonante. Dați un exemplu de manifestare utilă și dăunătoare a rezonanței.
Ce este un sistem auto-oscilator? Dați un exemplu de dispozitiv pentru obținerea auto-oscilațiilor. Care este diferența dintre auto-oscilațiile și oscilațiile forțate și libere?
Ce se numește undă? Principalele caracteristici ale procesului valului. Tipuri de valuri.
Ce unde se numesc transversale, longitudinale? Care este diferența dintre ele? Dați exemple de unde transversale și longitudinale?
Care undă se numește liniară, sferică, plană? Ce proprietăți au?
Cum sunt reflectate undele de la un obstacol? Ce este un val staționar? Principalele sale caracteristici. Dă exemple.
Aplicarea proceselor ondulatorii. Cum este aranjată antena radiotelescopului?
Undele sonore și aplicațiile lor.
Raspunsuri:
1 Oscilațiile sunt procese care diferă într-un grad sau altul de repetare.
Există vibrații: mecanice, electromagnetice, electromecanice.
Oscilațiile armonice sunt acele oscilații în care valoarea oscilantei se modifică conform legii sin sau cos.
Principalele caracteristici ale unei oscilații armonice: amplitudine, lungime de undă, frecvență.
2 Oscilațiile libere se numesc: oscilații care apar într-un sistem lăsat singur după ce i s-a dat o împingere sau a fost scos din echilibru
Un exemplu de vibrații libere: vibrațiile unei mingi suspendate pe un fir.
3 Oscilațiile forțate se numesc: oscilații, în timpul cărora sistemul oscilant este expus unei forțe externe care se schimbă periodic.
Un exemplu de vibrații forțate: vibrațiile unui pod care apar atunci când oamenii merg de-a lungul acestuia, mergând în pas.
4 Într-o mișcare oscilativă armonică, energia trece de la energia cinetică la energia potențială și invers. Suma energiilor este egală cu energia maximă.
5 Conform formulei, energia mecanică totală este determinată în timpul oscilației armonice a corpului în momentul depășirii punctului de echilibru, 
puncte extreme de mișcare.
6 Oscilațiile libere ale pendulului se atenuează pe măsură ce corpul este afectat de o forță care împiedică mișcarea acestuia (forțe de frecare, rezistență).
Oscilațiile pendulului pot deveni neatenuate dacă energia este furnizată în mod constant.
7 Rezonanță - creșterea maximă a amplitudinii.
Condiție de rezonanță: când frecvența naturală a sistemului trebuie să se potrivească cu translația.
Exemple de sisteme rezonante:
Un exemplu de manifestare utilă a rezonanței: utilizat în acustică, inginerie radio (receptor radio). Un exemplu de manifestare dăunătoare a rezonanței: distrugerea podurilor atunci când coloanele de marș trec peste ele.
8 Sistem auto-oscilator - acestea sunt oscilații însoțite de influența forțelor externe asupra sistemului oscilator, cu toate acestea, momentele de timp în care aceste efecte sunt efectuate sunt stabilite de sistemul oscilator însuși - sistemul însuși controlează forțele externe.
Un exemplu de dispozitiv pentru obținerea auto-oscilațiilor: un ceas în care pendulul primește șocuri din cauza energiei unei greutăți ridicate sau a unui arc răsucit, iar aceste șocuri apar în momentul în care pendulul trece prin poziția de mijloc.
Diferența dintre auto-oscilații și oscilațiile forțate și libere este că energia este furnizată acestui sistem din exterior, dar această aprovizionare cu energie este controlată de sistemul însuși.
9 O undă este o oscilație care se propagă în spațiu în timp.
Caracteristicile procesului undei: lungimea de undă, viteza de propagare a undei, amplitudinea undei
Undele sunt transversale și longitudinale.
10 Unde transversale - particulele mediului oscilează, rămânând în planuri perpendiculare pe propagarea undei.
Unde longitudinale - particulele mediului oscilează în direcția de propagare a undelor
Un exemplu de unde transversale sunt undele sonore, undele longitudinale sunt undele radio.
11 O undă liniară este o undă care se propagă în linii paralele.
O undă sferică se propagă în toate direcțiile din punctul care o face să oscileze, iar crestele seamănă cu sfere.
O undă este considerată plată dacă suprafețele sale de undă sunt un set de plane paralele între ele.
12 Unda este reflectată la același unghi față de normală ca și unda incidentă în acel punct.
O undă staționară se formează într-un mediu omogen atunci când două unde identice se propagă una spre cealaltă prin acest mediu: călătorie și care se apropie. Ca urmare a suprapunerii (suprapunerea acestor forme), apare o undă staționară.
Caracteristici: amplitudine, frecventa.
Exemplu: două surse de valuri sunt în apă, ele creează același val, între aceste surse vor exista valuri stătătoare.
13 Procesele ondulatorii sunt utilizate în transmiterea semnalelor la distanță.
Undele incidente pe planul antenei sunt reflectate în paralel și se intersectează într-un punct în care are loc rezonanța
14 Undele sonore se propagă ca unde mecanice longitudinale. Viteza de propagare a acestor unde depinde de proprietățile mecanice ale mediului și nu depinde de frecvență.
Literatură:
Sivukhin D.V. Curs general fizică, v., cap.2, §17. M., „Știință”, 1989.
Detlaf A., A. Yavorsky B. M. „Școala superioară”, 1998.
Gevorkyan R.G. Shepel
Trofimoza T.I. Curs de fizică, M. „Școala superioară”, 1998.
Sazeleva I.V. Curs de fizică generală, vol. 1, cap. 2, §15. M., „Nauka”, 1977.
Narakevich I.I., Volmyansky E.I., Lobko S.I. Fizica pentru VTU-uri. - Minsk. Facultate. 1992
), oscilații care apar din cauza energiei transmise sistemului la începutul mișcării oscilatorii (de exemplu, într-un sistem mecanic prin deplasarea inițială a corpului sau care îi conferă o viteză inițială, iar într-un sistem electric - un oscilator). circuit - prin crearea unei sarcini inițiale pe plăcile condensatorului). Amplitudinea oscilațiilor naturale, spre deosebire de oscilațiile forțate, este determinată numai de această energie, iar frecvența lor este determinată de proprietățile sistemului însuși. Datorită disipării energiei, oscilațiile naturale sunt întotdeauna oscilații amortizate. Un exemplu de vibrații naturale este sunetul unui clopoțel, gong, coarda de pian etc.
Enciclopedia modernă. 2000 .
Vedeți ce este „OSCILAȚII PROPRII” în alte dicționare:
Vibrații naturale- (vibrații libere), vibrații care apar din cauza energiei transmise sistemului la începutul mișcării oscilatorii (de exemplu, într-un sistem mecanic prin deplasarea inițială a corpului sau dându-i o viteză inițială, iar într-un sistem electric). ...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat
Vibrații în orice vibrație. sistem care apare în absența influenței externe; la fel ca (vezi VIBRAȚII GRATUITE). Dicţionar enciclopedic fizic. Moscova: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1983... Enciclopedie fizică
- (oscilații libere) oscilații care pot fi excitate într-un sistem oscilator sub influența unei împingeri inițiale. Forma și frecvența vibrațiilor naturale sunt determinate de masă și elasticitate pentru vibrațiile mecanice naturale și inductanța și ... ... Dicţionar enciclopedic mare
- (Oscilatii) vibratii libere ale unui corp sau unui circuit oscilant prin inertie, cand nu sunt afectate de o forta externa periodica. S. K. au o perioadă foarte determinată (perioada proprie); de exemplu. vibraţiile navei după ea ... ... Dicţionar marin
vibratii naturale- Oscilatii libere pe una din forme proprii. [Culegere de termeni recomandați. Problema 82. Mecanica structurală. Academia de Științe a URSS. Comitetul de terminologie științifică și tehnică. 1970] Subiecte mecanica structurale, rezistenta materialelor EN ... Manualul Traducătorului Tehnic
- (vibrații libere), vibrații care pot fi excitate într-un sistem oscilator sub acțiunea unei împingeri inițiale. Forma și frecvența oscilațiilor mecanice naturale sunt determinate de masă și elasticitate, precum și de inductanța electromagnetică și ... ... Dicţionar enciclopedic
vibratii naturale- savieji virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oscilații proprii; oscilații naturale; autooscilații vok. Eigenschwingungen, f rus. oscilaţii naturale, n pranc. oscilații propres, f … Fizikos terminų žodynas
Vibrații libere, vibrații care apar într-o dinamică sistem în absența unei influențe externe atunci când i se comunică o perturbație externă în momentul inițial, ceea ce scoate sistemul din echilibru. Caracterul lui S. to. este determinat în principal de ...... Enciclopedie matematică
vibratii naturale- ▲ oscilații fizice independente oscilații naturale [libere] apar sub influența împingerii inițiale. auto-oscilații. autoexcitarea este apariția spontană a oscilațiilor în sistem sub influența influențelor externe. spectru. triplet... Dicționar ideologic al limbii ruse
Oscilații libere, oscilații într-un sistem mecanic, electric sau orice alt sistem fizic, care apar în absența influenței externe din cauza energiei acumulate inițial (datorită prezenței unei deplasări inițiale sau... Marea Enciclopedie Sovietică
Cărți
- Trecut complicat. In Search of Paris, or Eternal Return (set de 3 carti), Mihail German. Proza în trei volume a celebrului scriitor și istoric de artă din Sankt Petersburg Mihail Yuryevich German include memoriile „Trecutul dificil” și cartea „În căutarea Parisului sau a eternului ...
- Accentul în numele proprii în limba rusă modernă, A. V. Superanskaya. Această carte este dedicată analizei stresului în nume propriiîn rusă modernă. Expoziția acoperă trei tipuri de nume proprii - nume personale, prenume și nume geografice în ...
fluctuatii- miscari care se repeta exact sau aproximativ la anumite intervale de timp.
Vibrații libere- fluctuatii in sistem sub actiunea corpurilor interne, dupa ce sistemul este scos din echilibru.
Vibrațiile unei greutăți suspendate de o sfoară sau ale unei greutăți atașate unui arc sunt exemple de vibrații libere. După îndepărtarea acestor sisteme din poziţia de echilibru, se creează condiţii în care corpurile oscilează fără influenţa forţelor externe.
Sistem- un grup de corpuri a căror mișcare o studiem.
forțe interne- forte care actioneaza intre corpurile sistemului.
Forțele exterioare- forte care actioneaza asupra corpurilor sistemului din corpurile care nu sunt incluse in acesta.
Condiții pentru apariția oscilațiilor libere.
- Atunci când corpul este scos din poziția de echilibru, în sistem trebuie să apară o forță îndreptată către poziția de echilibru și, prin urmare, tinde să readucă corpul în poziția de echilibru.
Exemplu: când bila atașată arcului se deplasează spre stânga și când se deplasează spre dreapta, forța elastică este îndreptată spre poziția de echilibru. - Frecarea în sistem trebuie să fie suficient de scăzută. În caz contrar, oscilațiile se vor stinge rapid sau nu vor apărea deloc. Oscilațiile continue sunt posibile numai în absența frecării.
Exista tipuri diferite oscilații în fizică, caracterizate prin anumiți parametri. Luați în considerare principalele diferențe ale acestora, clasificarea în funcție de diverși factori.
Definiții de bază
Oscilația este înțeleasă ca un proces în care, la intervale regulate, principalele caracteristici ale mișcării au aceleași valori.
Astfel de oscilații se numesc periodice, în care valorile cantităților de bază se repetă la intervale regulate (perioada de oscilații).
Varietăți de procese oscilatorii
Să luăm în considerare principalele tipuri de oscilații care există în fizica fundamentală.
Vibrațiile libere sunt cele care apar într-un sistem care nu este supus unor influențe variabile externe după șocul inițial.
Un exemplu de oscilații libere este un pendul matematic.
Acele tipuri de vibrații mecanice care apar în sistem sub acțiunea unei forțe variabile externe.
Caracteristicile clasificării
În funcție de natura fizică, se disting următoarele tipuri de mișcări oscilatorii:
- mecanic;
- termic;
- electromagnetic;
- amestecat.
Dupa optiunea de interactiune cu mediul
Tipuri de vibrații prin interacțiune cu mediu inconjurator disting mai multe grupuri.
Oscilațiile forțate apar în sistem sub acțiunea unei acțiuni periodice externe. Ca exemple ale acestui tip de oscilație, putem lua în considerare mișcarea mâinilor, a frunzelor pe copaci.
Pentru oscilațiile armonice forțate, poate apărea o rezonanță, în care, cu valori egale ale frecvenței acțiunii externe și ale oscilatorului, cu o creștere bruscă a amplitudinii.
Vibrații naturale în sistem sub influența forțelor interne după ce acesta este scos din echilibru. Cea mai simplă variantă a vibrațiilor libere este mișcarea unei sarcini care este suspendată pe un filet sau atașată de un arc.
Auto-oscilațiile sunt numite tipuri în care sistemul are o anumită cantitate de energie potențială folosită pentru a face oscilații. semn distinctiv este faptul că amplitudinea este caracterizată de proprietățile sistemului însuși, și nu de condițiile inițiale.
Pentru oscilații aleatorii, sarcina externă are o valoare aleatorie.
Parametrii de bază ai mișcărilor oscilatorii
Toate tipurile de oscilații au anumite caracteristici, care trebuie menționate separat.
Amplitudinea este abaterea maximă de la poziția de echilibru, abaterea unei valori fluctuante, se măsoară în metri.
Perioada este timpul unei oscilații complete, după care se repetă caracteristicile sistemului, calculate în secunde.
Frecvența este determinată de numărul de oscilații pe unitatea de timp, este invers proporțională cu perioada de oscilație.
Faza de oscilație caracterizează starea sistemului.
Caracteristic vibraţiilor armonice
Astfel de tipuri de oscilații apar conform legii cosinusului sau sinusului. Fourier a reușit să stabilească că orice oscilație periodică poate fi reprezentată ca o sumă de modificări armonice prin extinderea unei anumite funcții în
Ca exemplu, luați în considerare un pendul care are o anumită perioadă și o anumită frecvență ciclică.
Ce caracterizează aceste tipuri de oscilații? Fizica consideră un sistem idealizat, care constă din punct material, care este suspendat pe un fir imponderabil inextensibil, oscilează sub influența gravitației.
Astfel de tipuri de vibrații au o anumită cantitate de energie, sunt comune în natură și tehnologie.
Cu mișcarea oscilativă prelungită, coordonatele centrului său de masă se modifică, iar cu curent alternativ, valoarea curentului și a tensiunii din circuit se modifică.
Există diferite tipuri de oscilații armonice în funcție de natura lor fizică: electromagnetice, mecanice etc.
Tremuratul acționează ca o vibrație forțată vehicul, care se deplasează pe un drum accidentat.
Principalele diferențe dintre vibrațiile forțate și cele libere
Aceste tipuri de oscilații electromagnetice diferă prin caracteristicile fizice. Prezența rezistenței medii și a forțelor de frecare duc la amortizarea oscilațiilor libere. În cazul oscilațiilor forțate, pierderile de energie sunt compensate de alimentarea sa suplimentară dintr-o sursă externă.
Perioada pendulului cu arc raportează masa corpului și rigiditatea arcului. În cazul unui pendul matematic, depinde de lungimea firului.
Cu o perioadă cunoscută, este posibil să se calculeze frecvența naturală a sistemului oscilator.
În tehnologie și natură, există fluctuații cu valori diferite frecvente. De exemplu, pendulul care oscilează în Catedrala Sfântul Isaac din Sankt Petersburg are o frecvență de 0,05 Hz, în timp ce pentru atomi este de câteva milioane de megaherți.
După o anumită perioadă de timp se observă amortizarea oscilațiilor libere. De aceea, în practica reală se folosesc oscilații forțate. Sunt solicitate într-o varietate de mașini cu vibrații. Ciocanul vibrator este o mașină de șoc-vibrație, care este destinată introducerii țevilor, piloților și altor structuri metalice în pământ.
Vibrații electromagnetice
Caracteristicile modurilor de vibrație implică analiza parametrilor fizici principali: sarcină, tensiune, puterea curentului. Ca sistem elementar, care este folosit pentru a observa oscilațiile electromagnetice, este un circuit oscilator. Se formează prin conectarea în serie a unei bobine și a unui condensator.
Când circuitul este închis, în el apar oscilații electromagnetice libere, asociate cu modificări periodice ale sarcinii electrice de pe condensator și curentului din bobină.
Sunt libere datorită faptului că atunci când sunt efectuate nu există nicio influență externă, ci se folosește doar energia care este stocată în circuitul propriu-zis.
În absența influenței externe, după o anumită perioadă de timp, se observă atenuarea oscilației electromagnetice. Motivul acestui fenomen va fi descărcarea treptată a condensatorului, precum și rezistența pe care o are de fapt bobina.
De aceea, într-un circuit real apar oscilații amortizate. Reducerea sarcinii condensatorului duce la o scădere a valorii energiei în comparație cu valoarea sa inițială. Treptat, va fi eliberat sub formă de căldură pe firele de legătură și bobină, condensatorul va fi complet descărcat și oscilația electromagnetică va fi finalizată.
Semnificația fluctuațiilor în știință și tehnologie
Orice mișcare care are un anumit grad de repetare sunt oscilații. De exemplu, un pendul matematic este caracterizat de o abatere sistematică în ambele direcții de la poziția verticală inițială.
Pentru un pendul cu arc, o oscilație completă corespunde mișcării sale în sus și în jos din poziția inițială.
Într-un circuit electric care are capacitate și inductanță, există o repetare a sarcinii pe plăcile condensatorului. Care este cauza mișcărilor oscilatorii? Pendulul funcționează datorită faptului că gravitația îl face să revină la poziția inițială. În cazul unui model cu arc, o funcție similară este îndeplinită de forța elastică a arcului. Trecând de poziția de echilibru, sarcina are o anumită viteză, prin urmare, prin inerție, trece de starea medie.
Oscilațiile electrice pot fi explicate prin diferența de potențial care există între plăcile unui condensator încărcat. Chiar și atunci când este complet descărcat, curentul nu dispare, se reîncărcă.
În tehnologia modernă, sunt utilizate oscilații, care diferă semnificativ prin natura lor, gradul de repetare, caracter și, de asemenea, „mecanismul” de apariție.
Vibrațiile mecanice sunt produse de corzile instrumentelor muzicale, valurile mării și un pendul. Fluctuațiile chimice asociate cu o modificare a concentrației reactanților sunt luate în considerare atunci când se desfășoară diferite interacțiuni.
Oscilațiile electromagnetice fac posibilă crearea diferitelor dispozitive tehnice, de exemplu, un telefon, dispozitive medicale cu ultrasunete.
Fluctuațiile luminozității cefeidelor prezintă un interes deosebit în astrofizică, iar oamenii de știință din diferite țări le studiază.
Concluzie
Toate tipurile de oscilații sunt strâns legate de un număr mare de procese tehnice și fenomene fizice. Importanța lor practică este mare în construcția de aeronave, construcția de nave, construcția de complexe rezidențiale, inginerie electrică, electronică radio, medicină și știință fundamentală. Un exemplu de proces oscilator tipic în fiziologie este mișcarea mușchiului inimii. Vibrațiile mecanice se găsesc în chimia organică și anorganică, meteorologie și, de asemenea, în multe alte științe ale naturii.
Primele studii ale pendulului matematic au fost efectuate în secolul al XVII-lea, iar până la sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au reușit să stabilească natura oscilațiilor electromagnetice. Omul de știință rus Alexander Popov, care este considerat „părintele” comunicațiilor radio, și-a condus experimentele tocmai pe baza teoriei oscilațiilor electromagnetice, a rezultatelor cercetărilor lui Thomson, Huygens și Rayleigh. A reușit să găsească o aplicație practică pentru oscilațiile electromagnetice, să le folosească pentru a transmite un semnal radio pe distanțe lungi.
Academicianul P. N. Lebedev a condus timp de mulți ani experimente legate de producerea de oscilații electromagnetice de înaltă frecvență folosind câmpuri electrice alternative. Prin numeroase experimente legate de tipuri variate fluctuații, oamenii de știință au reușit să găsească zone de utilizare optimă în stiinta modernași tehnologie.