Види коливань та їх визначення. Коливання: механічні та електромагнітні
1. Коливання.
2. Механічні коливання.
3. Перетворення енергії при механічних коливаннях.
4. Період коливань.
5. Частота коливань.
6. Циклічна частота коливань.
7. Амплітуда механічних коливань.
8. Гармонічні коливання.
9. Фаза гармонійного коливання.
10. Аналітичне уявлення коливань.
11. Графічне уявлення коливань.
12. Швидкість точки гармонійному коливанні.
13. Прискорення точки гармонійному коливанні.
14. Динаміка гармонійного коливання.
15. Період коливань пружинного маятника.
16. Математичний маятник. Квазіпружна сила.
17. Коливання тіла, що плаває лежить на поверхні рідини.
18. Коливання однорідної рідини в U – подібній трубці.
19. Коливання тіла у сферичній чаші.
20. Енергія гармонійного коливання.
21. Затухаючі коливання.
22. Вимушені коливання.
23. Резонанс.
24. Вільні коливання. Власна частота.
25. Автоколивання.
1. Коливання.Коливаннями взагалі називають періодичні зміни стану системи, за яких періодично змінюються значення різних фізичних величин, характеризують цю систему Наприклад, періодичні зміни тиску та щільності повітря, напруги та сили електричного струму є коливання цих величин.
Математично періодичність означає, що, якщо є періодична функція часу з періодом Т, то за будь-якого tвиконується рівність 
2. Механічні коливання- Рухи тіла, які точно або майже точно повторюються через рівні інтервали часу.
Механічні коливання виникають у системах, що мають становище стійкої рівноваги. Відповідно до принципу мінімуму потенційної енергії, у положенні стійкої рівноваги потенційна енергія системи мінімальна. Коли тіло виводять із становища стійкого рівноваги, його потенційна енергія зростає. При цьому виникає сила, спрямована до положення рівноваги (повертаюча сила), і чим далі від положення рівноваги відхиляється тіло, тим більша його потенційна енергія і тим більше модуль сили, що повертає. Наприклад, при відхиленні пружинного маятника від положення рівноваги, роль сили, що повертає, грає сила пружності, модуль якої змінюється пропорційно відхилення , де хвідхилення маятника від положення рівноваги Потенційна енергія пружинного маятника змінюється пропорційно квадрату зміщення.
Аналогічно виникають коливання ниткового маятника і кульки, що рухається дном сферичної чаші радіусу. R, Який можна розглядати як нитяний маятник з довжиною нитки рівної радіусу чаші (Рис.78).
3.Перетворення енергії при механічних коливаннях. Якщо відсутні сили тертя, то повна механічна енергія тіла, що здійснює коливальний рух, залишається постійною. У процесі коливань відбуваються періодичні взаємні перетворення потенційної та кінетичної енергії тіла. Проведемо міркування з прикладу коливань нитяного маятника. Для спрощення міркувань приймемо потенційну енергію маятника в положенні рівноваги нулю. У останньому відхиленому положенні потенційна енергія маятника максимальна, а кінетична енергія дорівнює нулю, т.к. у цьому положенні маятник перебуває у спокої. При русі до положення рівноваги висота маятника над поверхнею Землі зменшується, зменшується потенційна енергія, у своїй зростають його швидкість і кінетична енергія. У положенні рівноваги потенційна енергія дорівнює нулю, а кінетична енергія максимальна. Продовжуючи рух за інерцією, маятник проходить положення рівноваги. Після проходження положення рівноваги кінетична енергія маятника зменшується, але зростає потенційна енергія. Коли відбудеться зупинка маятника, його кінетична енергія дорівнюватиме нулю, а потенційна енергія досягне максимуму і все повториться у зворотному порядку.
За законом збереження енергії потенційна енергія маятника в крайньому відхиленому положенні дорівнює його кінетичній в момент проходження рівноваги.
У процесі коливань у будь-який момент часу повна механічна енергія маятника дорівнює його потенційній у крайньому відхиленому положенні або кінетичній енергії в момент проходження положення рівноваги
де висота маятника у крайньому відхиленому положенні, швидкість у момент проходження положення рівноваги.
4. Період коливання- Мінімальний інтервал часу, через який відбувається повторення руху, або інтервал часу, протягом якого відбувається одне повне коливання. Період ( Т) Вимірюється в секундах.
5. Частота коливання- Визначає кількість повних коливань, що здійснюються за одну секунду. Частота та період пов'язані співвідношенням
Частота вимірюється у герцах (Гц). Один герц - одне повне коливання, що відбувається за одну секунду
6. Циклічна частота чи кругова частотавизначає кількість повних коливань, що відбуваються за секунд
Частота - величина позитивна .
7. Амплітуда механічних коливань- максимальне відхилення тіла від положення рівноваги. У загальному випадку коливань амплітуда є максимальне значення, яке набуває фізична величина, що періодично змінюється.
8. Гармонічні коливання- коливання, в яких величина, що коливається, змінюється за законом синуса або косинуса (за гармонійним законом):
Тут амплітуда коливань, циклічна частота.
9. Фаза гармонійного коливання –величина , стоїть під знаком синуса чи косинуса. Фаза визначає значення коливається величини на даний час, початкова фаза, тобто. в момент початку відліку часу Найпростішим прикладом гармонійних коливань є коливання проекції на осі координат точки mщо рухається рівномірно по колу радіусу Ау площині XOYцентр якої збігається з початком координат (рис. 79)
Для простоти покладемо, тобто. тоді
Багато відомих коливальних систем можна лише приблизно вважати гармонійними лише приблизно при дуже малих відхиленнях. Головною умовою гармонійного коливання є сталість циклічної частоти та амплітуди. Наприклад, при коливаннях ниткового маятника, кут відхилення від вертикалі змінюється нерівномірно, тобто. циклічна частота непостійна. Якщо відхилення дуже малі, рух маятника відбувається дуже повільно і нерівномірністю руху можна знехтувати, вважаючи . Чим повільніший рух, тим менший опір середовища, тим менше втрати енергії і менше зміни амплітуди.
Отже, малі коливання можна приблизно вважати гармонійними.
10. Аналітичне уявлення коливань- Запис коливається величини у вигляді функції , що виражає залежність величини від часу.
11. Графічне уявлення коливань –представлення коливань як графіка функції в координатних осях OX і t.
Наприклад, аналітично гармонійне коливання записується як , яке графічне уявлення зображується синусоїдою - суцільна лінія на Рис.80.
12.Швидкість точки при гармонійному коливанні- Отримаємо, диференціюючи за часом функцію х(t)
Де амплітуда швидкості, пропорційна циклічній частоті та амплітуді зміщення.
Отже, швидкість Vза синусоїдальним законом із таким же періодом T,що й усунення хв межах 
. Фаза швидкості випереджає фазу усунення на . Це означає, що швидкість максимальна, коли точка проходить положення рівноваги, а при максимальних зсувах точки швидкість дорівнює нулю. Графік швидкості представлений пунктирною лінією на рис.
13. Прискорення точки при гармонійних коливанняхотримаємо, диференціюючи швидкість за часом або диференціюючи зміщення хдвічі за часом:
Де - амплітуда прискорення пропорційна амплітуді зміщення та квадрату циклічної частоти.
Прискорення точки при гармонійних коливаннях змінюється за синусоїдальним законом із тим самим періодом Т, що і усунення в межах 
Фаза прискорення випереджає фазу усунення на . Прискорення дорівнює нулю в момент проходження точкою положення рівноваги.
Враховуючи, що прискорення запишемо у вигляді
Тобто. прискорення в гармонійному коливанні пропорційно усунення і завжди спрямоване до положення рівноваги (проти усунення). Віддаляючись від положення рівноваги, точка рухається прискорено, наближаючись до положення рівноваги, точка рухається прискорено.
14. Динаміка гармонійного вагання.Помноживши прискорення точки, що здійснює гармонійне коливання, її масу отримаємо згідно з другим законом Ньютона силу, що діє на точку
Тепер запишемо силу, що діє на точку
З останньої рівності випливає, що гармонійні коливання викликаються силою пропорційною зміщенню та спрямованої проти усунення, тобто. до положення рівноваги.
15. Період коливань пружинного маятника.Пружинний маятник здійснює коливання під дією сили пружності
Сила пропорційна усунення і спрямована до положення рівноваги викликає гармонійні коливання точки. Тому коливання пружинного маятника гармонійні. Коефіцієнт жорсткості дорівнює
Пам'ятаючи, що отримаємо період вільних коливань пружинного маятника
Частота пружинного маятника дорівнює
.
15. Математичний маятник- Матеріальна точка, підвішена на нескінченно тонкої, невагомої, нерозтяжної нитки, що робить коливання у вертикальній площині, під дією сили тяжіння.
Вантаж, підвішений на нитки, розміри якого зневажливо малі проти довжиною нитки, можна приблизно вважати математичним маятником. Часто такий маятник називають нитковим маятником.
Розглянемо малі коливання математичного маятника завдовжки l. У положенні рівноваги сила тяжкості врівноважена силою натягу нитки, тобто. .
Якщо відхилити маятник на малий кут, то сила тяжіння і сила натягу, спрямовані під кутом один до одного, у сумі дають рівнодіючу силу, яка спрямована до положення рівноваги. На Рис.82 відхилення маятника від вертикалі одно
Кут настільки малий, що циклічну частоту, тобто. кутову швидкість обертання нитки вважатимуться постійної. Тому й усунення маятника запишемо у вигляді
Таким чином, малі коливання математичного маятника є гармонійними коливаннями. З Мал. 82 слід, що сила , але , отже
Де m, g,і lпостійні величини. Позначимо і отримаємо модуль сили, що повертає, у вигляді . Якщо врахувати, що сила завжди спрямовано становищу рівноваги, тобто. проти усунення, її вираз запишемо як .
Отже, сила, що викликає коливання математичного маятника, пропорційна зсуву і спрямована проти зміщення, як при коливаннях пружинного маятника, тобто характер цієї сили такий самий, як і сили пружної. Але за природою пружна сила є електромагнітною. Сила ж коливання математичного маятника, що викликає, за своєю природою є сила гравітаційна – неелектромагнітна тому її називають квазіпружноюсилою. Будь-яка сила, що діє як сила пружна, за природою не є електромагнітною, називається квазіпружною силою. Це дозволяє нам записати вираз періоду коливань математичного маятника у вигляді
.
З цієї рівності випливає, що період коливань математичного маятника не залежить від маси маятника, але залежить від його довжини та прискорення вільного падіння. Знаючи період коливань математичного маятника та його довжину, можна визначити прискорення вільного падіння у будь-якій точці на Землі.
17. Коливання тіла плаває на поверхні рідини.Для простоти розглянемо тіло маси mу формі циліндра з площею основи S.Тіло плаває частково занурившись у рідину, густина якої (Рис. 83).
Нехай у положенні рівноваги глибина занурення. При цьому рівнодіюча сили Архімеда та сили тяжіння дорівнює нулю.
.
Якщо змінити глибину занурення на хто сила Архімеда стане рівною і модуль рівнодіючої сили Fстане відмінним від нуля
Враховуючи що 
отримаємо
Позначаючи модуль сили Fу вигляді
Якщо глибина занурення зростає, тобто. тіло зміщується вниз, сила Архімеда стає більше сили тяжіння та рівнодіюча Fспрямовано вгору, тобто. проти усунення. Якщо ж глибина занурення зменшується, тобто. зміщується вгору від положення рівноваги, сила Архімеда стає менше сили тяжіння і рівнодіюча Fспрямовано вниз, тобто. проти усунення.
Отже, сила Fзавжди спрямована проти зміщення та її модуль пропорційний зміщенню
Ця квазіпружна сила і вона викликає гармонійні коливання тіла, що плаває на поверхні рідини. Період цих коливань обчислюється за загальною для гармонійних коливань формулою
.
18. Коливання однорідної рідини в U-трубці. Нехай однорідна рідина маси m, щільність якої налита в U – подібну трубку, площа перерізу якої S(Мал.84) У стані рівноваги висоти стовпів в обох колінах трубки однакові, за законом сполучених судин для однорідної рідини.
Якщо рідина вивести із стану рівноваги, то висоти стовпів рідини в колінах періодично змінюватимуться, тобто. рідина в трубці здійснюватиме коливання.
Нехай у деякий момент часу висота стовпа рідини у правому коліні на хбільше. ніж у лівому. Це означає, що на рідину в трубці діє сил тяжкості рідини у стовпі заввишки х, , де - об'єм стовпа рідини заввишки x. Добуток величина постійна, отже .
Таким чином, модуль сили Fпропорційний різниці висот стовпів рідини колінах, тобто. пропорційний зсуву рідини в трубці. Напрямок цієї сили завжди протилежне усунення, тобто.
Отже, ця сила викликає гармонійні коливання рідини в трубці. Період цих коливань запишемо за правилом для гармонійних коливань
19. Коливання тіла у сферичній чаші.Нехай тіло ковзає без тертя у сферичній чаші радіусу R(Мал. 78). При малих відхиленнях від положення рівноваги коливання цього тіла можна як гармонійні коливання математичного маятника, довжина якого дорівнює R, з рівним періодом
20. Енергія гармонійного коливання. Як приклад розглянемо коливання пружинного маятника. При зміщенні х
Якщо сила тертя дуже велика, то коливання, що загасають, не відбуваються. Тіло, виведене із положення рівноваги будь-якими силами, після припинення дії цих сил повертається в положення рівноваги та зупиняється. Такий рух називається аперіодичним (неперіодичним). Графік аперіодичного руху представлений на Рис.86.
22. Вимушені коливання- Невигасні коливання системи, які викликаються зовнішніми силами, що періодично змінюються з часом (вимушують сили).
Якщо сила, що змушує, змінюється за гармонічним законом
, де амплітуда змушує сили, її циклічна частота, то системі можуть встановитися вимушені гармонічні коливання з циклічною частотою рівної частоті змушує сили
.
23. Резонанс- різке зростання амплітуди вимушених коливань при збігу частоти сили, що змушує, з частотою вільних коливань системи. Якщо коливання відбувається в середовищі, що чинить опір, то графік залежності амплітуди вимушених коливань від частоти змушує виглядає так як на Рис.87
Вимушальна сила, частота якої збігається з частотою вільних коливань системи, навіть при дуже малих амплітудах сил, що змушує, може викликати коливання з дуже великою амплітудою.
24. Вільні вагання. Власна частота системи.Вільними коливаннями називають коливання системи, що відбуваються під впливом її внутрішніх сил. Для пружинного маятника внутрішньою силою є сила пружності. Для математичного маятника, що складається з самого маятника та Землі, внутрішньою силою є сила тяжіння. Для тіла, що плаває лежить на поверхні рідини, внутрішньої силою є сила Архімеда.
25. Автоколивання- Незагасні коливання, що відбуваються в середовищі, за рахунок джерела енергії, що не має коливальних властивостей, компенсує втрати енергії на подолання сил тертя. Автоколивальні системи отримують рівні порції енергії через рівні інтервали часу, наприклад, через один період. Прикладом автоколивальної системи є годинник.
Білоруський національний технічний університет
Кафедра "Технічна фізика"
Лабораторія механіки та молекулярної фізики
Звіт
з лабораторної роботи СП 1
“Коливання та хвилі”.
Виконав: студент гр.107624
Хіхол І.П.
Перевірив: Федотенко О.В.
Мінськ 2004р.
Запитання:
Який рух називається коливальним? Види вагань? Які коливання називають гармонійними? Основні характеристики гармонійного коливання.
Які коливання називають вільними? Наведіть приклади вільних вагань.
Які коливання називаються вимушеними? Наведіть приклади вимушених вагань.
Опишіть процес перетворення енергії за гармонійно коливального руху, на прикладі математичного або пружинного маятника.
За якою формулою визначають повну механічну енергію при гармонійному коливанні тіла в момент проходження точки рівноваги та крайніх точок руху.
Чому вільні коливання маятника згасають? За яких умов коливання маятника можуть стати незагасаючими?
Що називається механічним резонансом? Яка умова резонансу? Види резонансу. Приклад резонансних систем. Наведіть приклад корисного та шкідливого прояву резонансу.
Що являє собою автоколивальна система? Наведіть приклад пристрою для отримання автоколивань. У чому полягає відмінність автоколивань від вимушених та вільних коливань?
Що називається хвилею? Основні характеристики хвильового процесу. Типи хвиль.
Які хвилі називаються поперечними, поздовжніми? У чому різниця між ними? Наведи приклади поперечних та поздовжніх хвиль?
Яку хвилю називають лінійною, сферичною, плоскою? Якими властивостями володіє вони мають?
Як відбиваються хвилі від перешкоди? Що є стоячою хвилею? Її основні характеристики. Наведіть приклади.
Застосування хвильових процесів. Як влаштовано антену радіотелескопа?
Звукові хвилі та їх застосування.
Відповіді:
1 Коливаннями називається процеси, що відрізняються тим чи іншим ступенем повторюваності.
Розрізняють коливання: механічні, електромагнітні, електромеханічні.
Гармонічні коливання - це такі коливання, при яких величина, що коливається, змінюються за законом sin або cos.
Основні характеристики гармонійного коливання: амплітуда, довжина хвилі, частота.
2 Вільними коливання називають: коливання, що відбуваються в системі наданої самої собі після того, як їй бал повідомлено поштовх або вона була виведена із положення рівноваги
Приклад вільних коливань: коливання кульки підвішеної на нитці.
3 Вимушеними коливання називають: коливання, у процесі яких коливається система піддається впливу зовнішньої сили, що періодично змінюється.
Приклад вимушених коливань: коливання моста, що виникають під час проходження ним людей, крокують у ногу.
4 При гармонійно коливальному русі енергія переходить від кінетичної до потенційної енергії та назад. Сума енергій дорівнює максимальній енергії.
5 За формулою визначають повну механічну енергію при гармонійному коливанні тіла в момент проходження точки рівноваги, 
крайніх точок руху.
6 Вільні коливання маятника згасають так як на тіло діють сила, що перешкоджає його руху (сили тертя, опору).
Коливання маятника можуть стати незатухаючими, якщо постійно підбивати енергію.
7 Резонанс – максимальне збільшення амплітуди.
Умова резонансу: коли власна частота системи має збігатися з поступальною.
Приклади резонансних систем:
Приклад корисного резонансного прояву: використовується в акустиці, радіотехніці (радіоприймач). Приклад шкідливого прояву резонансу: руйнування мостів під час проходження ними маршируючих колон.
8 Автоколивальна система – це коливання, що супроводжуються впливом на коливальну систему зовнішніх сил, проте моменти часу, коли здійснюються ці впливи, задається найбільш коливальною системою – система сама управляє зовнішніми силами.
Приклад пристрою для отримання автоколивань: годинник, в якому маятник отримує поштовхи за рахунок енергії піднятої гирі або закрученої пружини, причому ці поштовхи відбуваються в момент проходження маятника через середнє положення.
Відмінність автоколивань від вимушених і вільних коливань полягає в тому, що до цієї системи підводиться енергія ззовні, але ця подача енергії контролюється самою системою.
9 Хвиля – це коливання, що поширюються у просторі з часом.
Характеристика хвильового процесу: довжина хвилі, швидкість поширення хвилі, амплітуда хвилі
Хвилі бувають поперечними та поздовжніми.
10 Поперечні хвилі – частки середовища коливаються, залишаючись у площинах, перпендикулярні до поширення хвилі.
Поздовжні хвилі – частки середовища коливаються у напрямі поширення хвилі
Прикладом поперечних хвиль є звукові хвилі, поздовжніх – радіохвилі.
11 Лінійною хвилею називають хвилю яка поширюється паралельними лініями.
Сферична хвиля поширюється на всі боки від точки, що викликають її коливання, і гребені нагадують сфери.
Хвиля вважається плоскою – якщо її хвильові поверхні є сукупністю площин, паралельних один одному.
12 Хвилі відбивається під таким самим кутом до нормалі як і хвиля, що падає в цю точку.
Стояча хвиля утворюється в однорідному середовищі, коли по цьому середовищі назустріч один одному поширюються дві однакові хвилі: біжить і зустрічна. В результаті суперпозиції (накладення цих форм) виникає стояча хвиля.
Характеристики: частота, амплітуда.
Приклад: два джерела хвиль у воді, вони створюють однакові хвиля, між цими джерелами будуть стоячі хвилі.
13 Хвильові процеси застосовуються під час передачі сигналів на відстань.
Хвилі падаючі не площину антени паралельно відбиваються і перетинаються в одній точці де відбувається резонанс
14 Звукові хвилі поширюються у вигляді поздовжніх механічних хвиль. Швидкість поширення цих хвиль залежить від механічних властивостей середовища проживання і не залежить від частоти.
Література:
Сивухін Д.В. Загальний курсфізики, т., Гл.2, §17. М., "Наука", 1989.
Детлаф А., А. Яворський Би. М. «Вища школа», 1998.
Геворкян Р.Г. Шепель
Трофімоза Т.І. Курс фізики, М. «Вища школа»,1998.
Сазєльєва І.В. Курс загальної фізики, т. 1, гол. 2, §15. М., "Наука", 1977.
Наракевич І.І., волмянський Е.І., Лобко С.І. Фізика для ВТНЗ. - Мінськ. Вища школа. 1992 р.
), коливання, що здійснюються за рахунок енергії, повідомленої системі на початку коливального руху (наприклад, в механічній системі через початкове зміщення тіла або надання йому початкової швидкості, а в електричній системі - коливальному контурі - через створення початкового заряду на обкладках конденсатора). Амплітуда власних коливань на відміну вимушених коливань визначається лише цією енергією, які частота - властивостями самої системи. Внаслідок розсіювання енергії власні коливання завжди є загасаючими коливаннями. Приклад власні коливання - звучання дзвону, гонгу, струни рояля тощо.
Сучасна енциклопедія. 2000 .
Дивитися що таке "ВЛАСНІ КОЛИВАННЯ" в інших словниках:
Власні коливання- (Вільні коливання), коливання, які здійснюються за рахунок енергії, повідомленої системі на початку коливального руху (наприклад, в механічній системі через початкове зміщення тіла або надання йому початкової швидкості, а в електричній. Ілюстрований енциклопедичний словник
Коливання у будь-який колибат. системі, що відбуваються за відсутності зовнішнього впливу; те саме, що (див. ВІЛЬНІ КОЛИВАННЯ) . Фізичний енциклопедичний словник. М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1983 р. … Фізична енциклопедія
- (Вільні коливання) коливання, які можуть збуджуватися в коливальній системі під дією початкового поштовху. Форма та частота власних коливань визначаються масою та пружністю для механічних власних коливань та індуктивністю та… Великий Енциклопедичний словник
- (Oscillations) вільні коливання тіла або коливального контуру за інерцією, коли на них не діє періодична зовнішня сила. С. До. мають цілком певний період (власний період); напр. коливання корабля після того, як його… …
власні коливання- Вільні коливання за однією зі своїх форм. [Збірник термінів, що рекомендуються. 82. Будівельна механіка. Академія наук СРСР. Комітет науково-технічної термінології. 1970 р.] Тематики будівельна механіка, опір матеріалів EN … Довідник технічного перекладача
- (Вільні коливання), коливання, які можуть збуджуватися в коливальній системі під дією початкового поштовху. Форма та частота механічних власних коливань визначаються масою та пружністю, а електромагнітною індуктивністю та… … Енциклопедичний словник
власні коливання- savieji virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. eigen oscillations; natural oscillations; self oscillations vok. Eigenschwingungen, f rus. власні коливання, n pranc. oscillations propres, f … Fizikos terminų žodynas
Вільні коливання, коливання, що відбуваються в динамічні. системі за відсутності зовнішнього впливу при повідомленні їй у початковий момент зовнішнього обурення, що виводить систему стану рівноваги. Характер С. до. в основному визначається ... Математична енциклопедія
власні коливання- ▲ фізичні коливання незалежні власні [вільні] коливання виникають під дією початкового поштовху. автоколивання. самопорушення мимовільне виникнення коливань у системі під впливом зовнішніх впливів. Спектр. триплет … Ідеографічний словник української мови
Вільні коливання, коливання в механічній, електричній або будь-якій іншій фізичній системі, що відбуваються за відсутності зовнішнього впливу за рахунок спочатку накопиченої енергії (внаслідок наявності початкового зміщення чи … Велика Радянська Енциклопедія
Книги
- Складне минуле. У пошуках Парижа, або Вічне повернення (комплект із 3 книг), Михайло Герман. До тритомника прози відомого петербурзького письменника та історика мистецтва Михайла Юрійовича Германа входять спогади "Складне минуле" та книга "У пошуках Парижа, або Вічне…"
- Наголос у власних іменах у сучасній російській мові, А. В. Суперанська. Справжня книга присвячена аналізу наголосу на власних іменаху сучасній російській мові. Виклад охоплює три типи власних імен - особисті імена, прізвища та географічні назви в…
Коливання- Рухи, які точно або приблизно повторюються через певні інтервали часу.
Вільні коливання- коливання в системі під дією внутрішніх тіл після того, як система виведена з положення рівноваги.
Коливання вантажу, що підвішено на нитці, або вантажу, прикріпленого до пружини, - це приклади вільних коливань. Після виведення цих систем із положення рівноваги створюються умови, за яких тіла коливаються без впливу зовнішніх сил.
Система- Група тіл, рух яких ми вивчаємо.
Внутрішні сили- сили, які діють між тілами системи.
Зовнішні сили- сили, що діють на тіла системи з боку тіл, що не входять до неї.
Умови виникнення вільних вагань.
- При виведенні тіла з положення рівноваги в системі повинна виникати сила, спрямована до положення рівноваги і, отже, прагне повернути тіло положення рівноваги.
Приклад:при переміщенні кульки, прикріпленої до пружини, ліворуч і при переміщенні вправо сила пружності спрямована до положення рівноваги. - Тертя у системі має бути досить мало. Інакше коливання швидко загаснуть або зовсім не виникнуть. Незагасні коливання можливі лише за відсутності тертя.
Існують різні видиколивань у фізиці, що характеризуються певними параметрами. Розглянемо їх основні відмінності, класифікацію з різних факторів.
Основні визначення
Під коливанням мають на увазі процес, у якому через рівні проміжки часу основні характеристики руху мають однакові значення.
Періодичними називають такі коливання, у яких значення основних величин повторюються через однакові проміжки часу (період коливань).
Різновиди коливальних процесів
Розглянемо основні види коливань, що у фундаментальної фізики.
Вільними називають коливання, що виникають у системі, що не піддається зовнішнім змінним впливам після початкового поштовху.
Як приклад вільних коливань є математичний маятник.
Ті види механічних коливань, які у системі під впливом зовнішньої змінної сили.
Особливості класифікації
За фізичною природою виділяють такі види коливальних рухів:
- механічні;
- теплові;
- електромагнітні;
- змішані.
За варіантом взаємодії з довкіллям
Види коливань щодо взаємодії з довкіллямвиділяють кілька груп.
Вимушені коливання виникають у системі під час дії зовнішнього періодичного впливу. Як приклади такого виду коливань можна розглянути рух рук, листя на деревах.
Для вимушених гармонійних коливань можлива поява резонансу, за якого при рівних значеннях частоти зовнішнього впливу та осцилятора при різкому зростанні амплітуди.
Власні це коливання в системі під впливом внутрішніх сил після того, як вона буде виведена з рівноважного стану. Найпростішим варіантом вільних коливань є рух вантажу, що підвішений на нитці, або прикріплений до пружини.
Автоколивання називають види, при яких у системи є певний запас потенційної енергії, що йде на здійснення коливань. відмінною рисоюїх є те що, що амплітуда характеризується властивостями самої системи, а чи не початковими умовами.
Для випадкових вагань зовнішнє навантаження має випадкове значення.
Основні параметри коливальних рухів
Усі види коливань мають певні характеристики, про які слід згадати окремо.
Амплітудою називають максимальне відхилення від положення рівноваги відхилення величини, що коливається, вимірюється вона в метрах.
p align="justify"> Період є час одного повного коливання, через який повторюються характеристики системи, обчислюється в секундах.
Частота визначається кількістю коливань за одиницю часу, вона обернено пропорційна періоду коливань.
Фаза коливань характеризує стан системи.
Характеристика гармонійних коливань
Такі види коливань відбуваються згідно із законом косинуса чи синуса. Фур'є вдалося встановити, що всяке періодичне коливання можна подати у вигляді суми гармонійних змін шляхом розкладання певної функції в
Як приклад можна розглянути маятник, що має певний період та циклічну частоту.
Чим характеризуються такі види коливань? Фізика вважає ідеалізованою системою, яка складається з матеріальної точки, що підвішена на невагомій нерозтяжній нитці, коливається під впливом сили тяжіння.
Такі види коливань мають певну величину енергії, вони поширені у природі та техніці.
При тривалому коливальному русі відбувається зміна координати його центру мас, а при змінному струмі змінюється значення струму та напруги в ланцюзі.
Вирізняють різні види гармонійних коливань за фізичною природою: електромагнітні, механічні та ін.
Як вимушені коливання виступає тряска транспортного засобу, що пересувається нерівною дорогою.
Основні відмінності між вимушеними та вільними коливаннями
Ці види електромагнітних коливань відрізняються за фізичними характеристиками. Наявність опору середовища проживання і сили тертя призводять до згасання вільних коливань. У разі вимушених коливань втрати енергії компенсуються додатковим надходженням від зовнішнього джерела.
Період пружинного маятника пов'язує масу тіла та жорсткість пружини. У разі математичного маятника він залежить від довжини нитки.
За певного періоду можна обчислити власну частоту коливальної системи.
У техніці та природі існують коливання з різними значеннямичастот. Наприклад, маятник, що коливається в Ісаакіївському соборі в Петербурзі, має частоту 0,05 Гц, а в атомів вона становить кілька мільйонів мегагерц.
Через деякий проміжок часу спостерігається згасання вільних коливань. Саме тому у реальній практиці застосовують вимушені коливання. Вони потрібні в різних вібраційних машинах. Вібромолот є ударно-вібраційною машиною, яка призначається для забивання в ґрунт труб, паль, інших металевих конструкцій.
Електромагнітні коливання
p align="justify"> Характеристика видів коливань передбачає аналіз основних фізичних параметрів: заряду, напруги, сили струму. Як елементарна система, яка використовується для спостереження електромагнітних коливань, є коливальний контур. Він утворюється при послідовному з'єднанні котушки та конденсатора.
При замиканні ланцюга в ньому виникають вільні електромагнітні коливання, пов'язані з періодичними змінами електричного заряду на конденсаторі і струму в котушці.
Вільними вони є завдяки тому, що при їх скоєнні немає зовнішнього впливу, а використовується лише енергія, що запасена у самому контурі.
За відсутності зовнішнього впливу через певний проміжок часу спостерігається згасання електромагнітного коливання. Причиною такого явища буде поступова розрядка конденсатора, а також опір, яким насправді має котушка.
Саме тому в реальному контурі відбуваються затухаючі коливання. Зменшення заряду на конденсаторі призводить до зниження значення енергії порівняно з початковим показником. Поступово вона виділиться у вигляді тепла на сполучних проводах та котушці, конденсатор повністю розрядиться, а електромагнітне коливання завершиться.
Значення коливань у науці та техніці
Будь-які рухи, які мають певний ступінь повторюваності, є коливаннями. Наприклад, математичний маятник характеризується систематичним відхиленням обидві сторони від первісного вертикального становища.
Для пружинного маятника одне повне коливання відповідає його руху нагору-вниз від початкового положення.
В електричному контурі, який має ємність та індуктивність, спостерігається повторення заряду на пластинах конденсатора. У чому причина коливальних рухів? Маятник функціонує завдяки тому, що сила тяжкості змушує його повертатися до початкового положення. У разі пружини моделі подібну функцію здійснює сила пружності пружини. Проходячи положення рівноваги, вантаж має певну швидкість, тому по інерції рухається повз середній стан.
Електричні коливання можна пояснити різницею потенціалів між обкладками зарядженого конденсатора. Навіть за його повної розрядки струм не зникає, здійснюється перезарядка.
У сучасній техніці застосовуються коливання, які суттєво різняться за своєю природою, ступенем повторюваності, характером, а також «механізмом» появи.
Механічні коливання роблять струни музичних інструментів, морські хвилі, маятник. Хімічні коливання, пов'язані зі зміною концентрації речовин, що реагують, враховують при проведенні різних взаємодій.
Електромагнітні коливання дозволяють створювати різні технічні пристрої, наприклад, телефон, ультразвукові медичні прилади.
Коливання яскравості цефеїд становлять особливий інтерес в астрофізиці, їх вивчення займаються вчені з різних країн.
Висновок
Усі види коливань тісно пов'язані з великою кількістю технічних процесів та фізичних явищ. Велике їхнє практичне значення в літакобудуванні, будівництві суден, зведенні житлових комплексів, електротехніці, радіоелектроніці, медицині, фундаментальній науці. Прикладом типового коливального процесу у фізіології виступає рух серцевого м'яза. Механічні коливання зустрічаються в органічній і неорганічній хімії, метеорології, а також у багатьох інших природничих областях.
Перші дослідження математичного маятника були проведені в сімнадцятому столітті, а до кінця дев'ятнадцятого сторіччя вченим вдалося встановити природу електромагнітних коливань. Російський учений Олександр Попов, якого вважають «батьком» радіозв'язку, проводив свої експерименти саме на основі теорії електромагнітних коливань, результати досліджень Томсона, Гюйгенса, Релея. Йому вдалося знайти практичне застосування електромагнітних коливань, використовувати їх передачі радіосигналу на відстань.
Академік П. Н. Лебедєв протягом багатьох років проводив експерименти, пов'язані з отриманням електромагнітних коливань високої частоти за допомогою змінних електричних полів. Завдяки численним експериментам, пов'язані з різними видамиколивань, вченим вдалося знайти галузі їх оптимального використання в сучасній науціта техніку.