Er zijn verschillende soorten oscillaties in de natuurkunde, gekenmerkt door bepaalde parameters. Overweeg hun belangrijkste verschillen, classificatie door verschillende factoren.
Met oscillatie wordt een proces bedoeld waarbij, met gelijke tijdsintervallen, de basiskenmerken van de beweging dezelfde waarden hebben.
Periodieke oscillaties worden oscillaties genoemd, waarbij de waarden van de basisgrootheden met regelmatige tussenpozen (oscillatieperiode) worden herhaald.
Overweeg de belangrijkste soorten trillingen die in de fundamentele fysica bestaan.
Vrij worden trillingen genoemd die optreden in een systeem dat na de eerste schok niet wordt blootgesteld aan externe variabele invloeden.
Een voorbeeld van vrije oscillaties is een wiskundige slinger.
Dat soort mechanische trillingen die in het systeem optreden onder invloed van een externe variabele kracht.
Door hun fysieke aard worden de volgende soorten oscillerende bewegingen onderscheiden:
Soorten fluctuaties in interactie met de omgeving onderscheiden verschillende groepen.
Geforceerde oscillaties verschijnen in het systeem onder invloed van een externe periodieke actie. Als voorbeelden van dit soort trillingen kun je de beweging van de handen, bladeren aan de bomen beschouwen.
Voor geforceerde harmonische oscillaties is het optreden van een resonantie mogelijk, waarbij voor gelijke waarden van de frequentie van de externe actie en de oscillator met een sterke toename van de amplitude.
Dit zijn natuurlijke trillingen in het systeem eronderde invloed van interne krachten nadat deze uit de evenwichtstoestand zal worden verwijderd. De eenvoudigste optie voor vrije trillingen is de beweging van de last, die aan een draad is opgehangen of aan een veer is bevestigd.
Zelfoscillaties worden soorten genoemd waarinhet systeem is een zekere reserve van potentiële energie, die gaat oscilleren. Het onderscheidende kenmerk is dat de amplitude wordt gekenmerkt door de eigenschappen van het systeem zelf, en niet door de beginvoorwaarden.
Voor willekeurige fluctuaties heeft de externe belasting een willekeurige waarde.
Alle soorten trillingen hebben bepaalde kenmerken, die apart moeten worden vermeld.
Amplitude is de maximale afwijking van de evenwichtspositie, de afwijking van een oscillerende grootheid, deze wordt gemeten in meters.
De periode is de tijd van één volledige oscillatie, waardoor de kenmerken van het systeem worden herhaald, berekend in seconden.
De frequentie wordt bepaald door het aantal oscillaties per tijdseenheid, het is omgekeerd evenredig met de periode van oscillaties.
De oscillatiefase kenmerkt de toestand van het systeem.
Dit soort trillingen vindt plaats onder de wet.cosinus of sinus. Fourier kon vaststellen dat elke periodieke oscillatie kan worden weergegeven als de som van harmonische veranderingen door een bepaalde functie uit te breiden in een Fourier-reeks.
Als voorbeeld kunnen we een slinger beschouwen met een bepaalde periode en een cyclische frequentie.
Waar worden deze soorten trillingen door gekenmerkt?De natuurkunde beschouwt de wiskundige slinger als een geïdealiseerd systeem, dat bestaat uit een materiaalpunt, dat is opgehangen aan een gewichtloze, niet-rekbare draad, dat oscilleert onder invloed van de zwaartekracht.
Dergelijke soorten trillingen hebben een bepaalde hoeveelheid energie, ze komen veel voor in de natuur en technologie.
Met continue oscillerende beweging verandert de coördinaat van het massamiddelpunt en met wisselstroom verandert de waarde van stroom en spanning in het circuit.
Er zijn verschillende soorten harmonische trillingen van fysieke aard: elektromagnetisch, mechanisch, enz.
Het schudden van een voertuig dat over een oneffen weg rijdt, werkt als een geforceerde oscillatie.
Deze soorten elektromagnetische golven verschillen infysieke eigenschappen. De aanwezigheid van middelmatige weerstand en wrijvingskrachten leiden tot demping van vrije trillingen. In het geval van geforceerde oscillaties worden energieverliezen gecompenseerd door de extra toevoer van een externe bron.
De periode van de veerslinger heeft betrekking op de massa van het lichaam en de stijfheid van de veer. In het geval van een wiskundige slinger hangt het af van de lengte van de draad.
Met een bekende periode kun je de natuurlijke frequentie van het oscillatiesysteem berekenen.
In techniek en natuur zijn er trillingen meeverschillende frequenties. Zo heeft de slinger, die oscilleert in de St. Isaac-kathedraal in St. Petersburg, een frequentie van 0,05 Hz en voor atomen enkele miljoenen megahertz.
Na een bepaalde tijd wordt waargenomenverzwakking van vrije trillingen. Daarom wordt in de praktijk gebruik gemaakt van geforceerde oscillaties. Er is veel vraag naar een verscheidenheid aan trilmachines. De trilhamer is een schoktrillingsmachine, die is ontworpen om buizen, heipalen en andere metalen constructies de grond in te slaan.
Karakterisering van de soorten trillingen suggereertanalyse van de belangrijkste fysieke parameters: lading, spanning, stroom. Als een elementair systeem dat wordt gebruikt om elektromagnetische golven te observeren, is het een oscillerend circuit. Het wordt gevormd wanneer de spoel en condensator in serie worden geschakeld.
Wanneer het circuit gesloten is, treden er vrije elektromagnetische oscillaties in op, die gepaard gaan met periodieke veranderingen in de elektrische lading op de condensator en de stroom in de spoel.
Ze zijn gratis omdat er bij hun inzet geen externe invloed is, maar alleen de energie die is opgeslagen in het circuit zelf wordt gebruikt.
Als we de weerstand van de spoel als nul beschouwen en de oscillatieperiode als T beschouwen, kunnen we één volledige oscillatie van het systeem beschouwen.
Bij afwezigheid van externe invloeden, doorgedurende een bepaalde periode wordt verzwakking van elektromagnetische golven waargenomen. De oorzaak van dit fenomeen is de geleidelijke ontlading van de condensator, evenals de weerstand die de spoel daadwerkelijk heeft.
Dat is de reden waarom in het echte circuit voorkomengedempte oscillaties. Een afname van de lading op de condensator leidt tot een afname van de energiewaarde in vergelijking met de beginwaarde. Geleidelijk zal het vrijkomen in de vorm van warmte op de verbindingsdraden en de spoel, de condensator zal volledig ontladen en de elektromagnetische oscillatie zal eindigen.
Alle bewegingen die een bepaalde hebbenmate van herhaalbaarheid zijn fluctuaties. Zo wordt een wiskundige slinger gekenmerkt door een systematische afwijking in beide richtingen ten opzichte van de oorspronkelijke verticale positie.
Voor een veerslinger komt één volledige slag overeen met de op en neergaande beweging vanuit de beginpositie.
In een elektrisch circuit dat heeftcapaciteit en inductie, er is een herhaling van lading op de platen van de condensator. Wat is de reden voor oscillerende bewegingen? De slinger functioneert omdat de zwaartekracht hem dwingt terug te keren naar zijn oorspronkelijke positie. In het geval van een veermodel wordt een vergelijkbare functie uitgevoerd door de veerkracht. Bij het passeren van de evenwichtspositie heeft de belasting een bepaalde snelheid, daarom beweegt deze door traagheid voorbij de gemiddelde toestand.
Elektrische trillingen kunnen worden verklaard door het potentiaalverschil dat bestaat tussen de platen van een geladen condensator. Zelfs met volledige ontlading verdwijnt de stroom niet, het opladen wordt uitgevoerd.
In moderne technologie worden trillingen gebruikt, die aanzienlijk verschillen in aard, mate van herhaalbaarheid, aard, evenals het "mechanisme" van optreden.
Mechanische trillingen maken snarenmuziekinstrumenten, zeegolven, slinger. Bij verschillende interacties wordt rekening gehouden met chemische trillingen die gepaard gaan met veranderingen in de concentratie van reagerende stoffen.
Met elektromagnetische trillingen kunt u verschillende technische apparaten maken, bijvoorbeeld telefoons, ultrasone medische apparaten.
Fluctuaties in de helderheid van Cepheids zijn van bijzonder belang in de astrofysica, ze worden bestudeerd door wetenschappers uit verschillende landen.
Allerlei trillingen zijn nauw verwant aan de enormeaantal technische processen en fysische verschijnselen. Hun praktische belang in de vliegtuigbouw, scheepsbouw, de bouw van wooncomplexen, elektrotechniek, elektronica, geneeskunde en fundamentele wetenschap is groot. Een voorbeeld van een typisch oscillerend proces in de fysiologie is de beweging van de hartspier. Mechanische trillingen worden aangetroffen in de organische en anorganische chemie, meteorologie en in vele andere natuurwetenschappelijke gebieden.
De eerste studies van een wiskundige slinger warenuitgevoerd in de zeventiende eeuw en tegen het einde van de negentiende eeuw konden wetenschappers de aard van elektromagnetische golven vaststellen. De Russische wetenschapper Alexander Popov, die wordt beschouwd als de "vader" van radiocommunicatie, voerde zijn experimenten precies uit op basis van de theorie van elektromagnetische golven, de resultaten van onderzoek door Thomson, Huygens en Rayleigh. Hij wist praktische toepassing van elektromagnetische golven te vinden en daarmee een radiosignaal over een lange afstand uit te zenden.
Academicus P.N.Lebedev heeft jarenlang experimenten uitgevoerd met betrekking tot het verkrijgen van hoogfrequente elektromagnetische golven met behulp van afwisselende elektrische velden. Dankzij talloze experimenten die verband hielden met verschillende soorten oscillaties, konden wetenschappers gebieden vinden die hun optimale gebruik in de moderne wetenschap en technologie mogelijk maakten.
