Istnieją różne typy oscylacji w fizyce, charakteryzujące się pewnymi parametrami. Rozważ ich główne różnice, klasyfikację według różnych czynników.
Przez oscylację rozumie się proces, w którym w równych odstępach czasu podstawowe cechy ruchu mają te same wartości.
Oscylacje okresowe nazywane są oscylacjami, w których wartości wielkości podstawowych są powtarzane w regularnych odstępach czasu (okres oscylacji).
Rozważ główne rodzaje wibracji, które istnieją w fizyce podstawowej.
Wolne nazywane są drganiami występującymi w układzie, który nie jest narażony na wpływy zmiennych zewnętrznych po wstrząsie początkowym.
Przykładem swobodnych oscylacji jest wahadło matematyczne.
Tego rodzaju drgania mechaniczne występujące w układzie pod wpływem zmiennej siły zewnętrznej.
Ze względu na ich charakter fizyczny wyróżnia się następujące typy ruchów oscylacyjnych:
Rodzaje wahań w interakcji ze środowiskiem wyróżniają kilka grup.
Wymuszone oscylacje pojawiają się w systemie pod wpływem zewnętrznego działania okresowego. Jako przykłady tego typu wibracji możemy rozważyć ruch rąk, liści na drzewach.
W przypadku wymuszonych oscylacji harmonicznych możliwe jest pojawienie się rezonansu, w którym przy równych wartościach częstotliwości wpływu zewnętrznego i oscylatora, z gwałtownym wzrostem amplitudy.
Są to naturalne oscylacje w układzie poniżejprzez wpływ sił wewnętrznych po wyjęciu go z równowagi. Najprostszym wariantem swobodnych drgań jest ruch ciężarka zawieszonego na nitce lub przymocowanego do sprężyny.
Samooscylacje to typy, w którychsystem ma pewien zapas energii potencjalnej, która powoduje wibracje. Ich charakterystyczną cechą jest fakt, że amplituda charakteryzuje się właściwościami samego układu, a nie warunkami początkowymi.
W przypadku drgań przypadkowych obciążenie zewnętrzne ma wartość losową.
Wszystkie rodzaje drgań mają pewne cechy, o których należy wspomnieć osobno.
Amplituda nazywana jest maksymalnym odchyleniem od położenia równowagi, odchyleniem wahającej się wartości, jest mierzona w metrach.
Okres to czas jednej pełnej oscylacji, podczas którego powtarzają się charakterystyki układu, liczony w sekundach.
Częstotliwość jest określana przez liczbę oscylacji na jednostkę czasu, jest odwrotnie proporcjonalna do okresu oscylacji.
Faza oscylacji charakteryzuje stan systemu.
Tego rodzaju wibracje występują zgodnie z prawemcosinus lub sinus. Fourier był w stanie ustalić, że wszelkie okresowe oscylacje można przedstawić jako sumę zmian harmonicznych poprzez rozszerzenie pewnej funkcji w szeregu Fouriera.
Jako przykład rozważ wahadło z pewnym okresem i cykliczną częstotliwością.
Czym charakteryzują się tego typu wibracje?Fizyka uważa wahadło matematyczne za wyidealizowany układ, na który składa się materialny punkt zawieszony na nieważkiej nierozciągliwej nici, oscylujący pod wpływem grawitacji.
Tego typu wibracje mają pewną ilość energii, są powszechne w przyrodzie i technologii.
Przy przedłużonym ruchu oscylacyjnym zmienia się współrzędna jego środka masy, a przy prądzie przemiennym zmienia się wartość prądu i napięcia w obwodzie.
Istnieją różne rodzaje wibracji harmonicznych w zależności od ich natury fizycznej: elektromagnetyczne, mechaniczne itp.
Wibracje wymuszone to drżenie pojazdu poruszającego się po nierównej drodze.
Te typy fal elektromagnetycznych różnią sięCharakterystyka fizyczna. Obecność oporu medium i siły tarcia prowadzą do tłumienia drgań własnych. W przypadku wymuszonych oscylacji straty energii są kompensowane przez jej dodatkowy wkład z zewnętrznego źródła.
Okres wahadła sprężystego łączy masę ciała i sztywność sprężyny. W przypadku wahadła matematycznego zależy to od długości nici.
W znanym okresie można obliczyć naturalną częstotliwość układu oscylacyjnego.
W technologii i przyrodzie istnieją wibracjeróżne wartości częstotliwości. Na przykład wahadło, które oscyluje w katedrze św. Izaaka w Petersburgu, ma częstotliwość 0,05 Hz, podczas gdy dla atomów jest to kilka milionów megaherców.
Po pewnym czasietłumienie swobodnych drgań. Dlatego w praktyce stosowane są drgania wymuszone. Są poszukiwane w różnych maszynach wibracyjnych. Młot wibracyjny to maszyna uderzeniowo-wibracyjna, która jest przeznaczona do wbijania rur, pali i innych konstrukcji metalowych w ziemię.
Zakłada się charakterystyka trybów drgańanaliza podstawowych parametrów fizycznych: ładunek, napięcie, prąd. Jako elementarny system, który służy do obserwacji oscylacji elektromagnetycznych, istnieje obwód oscylacyjny. Powstaje, gdy cewka i kondensator są połączone szeregowo.
Gdy obwód jest zamknięty, powstają w nim swobodne oscylacje elektromagnetyczne, związane z okresowymi zmianami ładunku elektrycznego na kondensatorze i prądu w cewce.
Są wolne, ponieważ podczas ich wykonywania nie ma wpływu zewnętrznego, ale wykorzystywana jest tylko energia zmagazynowana w samym obwodzie.
Jeśli uznamy, że rezystancja cewki wynosi zero i przyjmiemy okres oscylacji jako T, możemy rozważyć jedną pełną oscylację wykonaną przez system.
W przypadku braku wpływu zewnętrznego, poprzezprzez pewien czas obserwuje się tłumienie drgań elektromagnetycznych. Przyczyną tego zjawiska będzie stopniowe rozładowywanie się kondensatora, a także rezystancja, jaką faktycznie posiada cewka.
Dlatego w prawdziwym torze sątłumione oscylacje. Spadek ładunku na kondensatorze prowadzi do spadku wartości energii w porównaniu z pierwotnym wskaźnikiem. Stopniowo zostanie uwolniony w postaci ciepła na przewodach łączących i cewce, kondensator zostanie całkowicie rozładowany, a oscylacja elektromagnetyczna zakończy się.
Każdy ruch, który ma pewnestopień powtarzalności to fluktuacje. Na przykład wahadło matematyczne charakteryzuje się systematycznym odchylaniem w obu kierunkach od początkowego położenia pionowego.
W przypadku wahadła sprężynowego, jeden pełny ruch odpowiada jego ruchowi w górę iw dół od pozycji początkowej.
W obwodzie elektrycznym, który mapojemności i indukcyjności, następuje powtórzenie ładunku na płytkach kondensatora. Jaki jest powód ruchów oscylacyjnych? Wahadło działa, ponieważ grawitacja zmusza je do powrotu do pierwotnego położenia. W przypadku sprężyny modelowej podobną funkcję pełni siła sprężysta sprężyny. Przekraczając pozycję równowagi, obciążenie ma określoną prędkość, dlatego przez bezwładność przemieszcza się poza stan środkowy.
Wahania elektryczne można wyjaśnić różnicą potencjałów, która istnieje między płytkami naładowanego kondensatora. Nawet gdy jest całkowicie rozładowany, prąd nie znika, jest ładowany.
W nowoczesnej technologii stosowane są drgania różniące się istotnie charakterem, stopniem powtarzalności, charakterem, a także „mechanizmem” ich powstawania.
Drgania mechaniczne są wytwarzane przez strunyinstrumenty muzyczne, fale morskie, wahadło. Podczas przeprowadzania różnych interakcji brane są pod uwagę fluktuacje chemiczne związane ze zmianą stężenia reagentów.
Drgania elektromagnetyczne umożliwiają tworzenie różnych urządzeń technicznych, np. Telefonu, ultradźwiękowych urządzeń medycznych.
Wahania jasności cefeid są przedmiotem szczególnego zainteresowania astrofizyki; badają je naukowcy z różnych krajów.
Wszystkie rodzaje wibracji są ściśle związane z olbrzymiąliczba procesów technicznych i zjawisk fizycznych. Mają ogromne znaczenie praktyczne w budowie samolotów, budowy statków, budowy kompleksów mieszkalnych, elektrotechnice, elektronice radiowej, medycynie i naukach podstawowych. Przykładem typowego procesu oscylacyjnego w fizjologii jest ruch mięśnia sercowego. Drgania mechaniczne występują w chemii organicznej i nieorganicznej, meteorologii, a także w wielu innych dziedzinach nauk przyrodniczych.
Pierwsze badania wahadła matematycznego byłyprzeprowadzone w XVII wieku, a do końca XIX wieku naukowcom udało się ustalić charakter fal elektromagnetycznych. Rosyjski naukowiec Aleksander Popow, uważany za „ojca” radiokomunikacji, przeprowadził swoje eksperymenty właśnie w oparciu o teorię oscylacji elektromagnetycznych, wyniki badań Thomsona, Huygensa, Rayleigha. Udało mu się znaleźć praktyczne zastosowanie oscylacji elektromagnetycznych, aby wykorzystać je do przesyłania sygnału radiowego na duże odległości.
Akademik P.N.Lebedev przez wiele lat prowadził eksperymenty związane z uzyskiwaniem oscylacji elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości za pomocą zmiennego pola elektrycznego. Dzięki licznym eksperymentom związanym z różnymi typami drgań naukowcom udało się znaleźć obszary ich optymalnego wykorzystania we współczesnej nauce i technologii.
