Există diferite tipuri de oscilații în fizică, caracterizate de anumiți parametri. Luați în considerare diferențele lor principale, clasificarea pe diverși factori.
Prin oscilație se înțelege un proces în care, la intervale egale de timp, caracteristicile de bază ale mișcării au aceleași valori.
Oscilatii periodice se numesc oscilatii in care valorile cantitatilor de baza se repeta la intervale regulate (perioada de oscilatie).
Luați în considerare principalele tipuri de vibrații care există în fizica fundamentală.
Gratuite se numesc vibrații care apar într-un sistem care nu este expus la influențe variabile externe după șocul inițial.
Ca exemplu de oscilații libere este un pendul matematic.
Acele tipuri de vibrații mecanice care apar în sistem sub influența unei forțe variabile externe.
Prin natura lor fizică, se disting următoarele tipuri de mișcări oscilatorii:
Tipurile de fluctuații în interacțiunea cu mediul înconjurător disting câteva grupuri.
Oscilațiile forțate apar în sistem sub acțiunea unei acțiuni periodice externe. Ca exemple ale acestui tip de vibrații, puteți lua în considerare mișcarea mâinilor, frunzelor pe copaci.
Pentru oscilațiile armonice forțate este posibilă apariția unei rezonanțe, în care pentru valori egale ale frecvenței acțiunii externe și a oscilatorului cu o creștere accentuată a amplitudinii.
Acestea sunt vibrații naturale în sistemul de subinfluența forțelor interne după data când va fi îndepărtată din starea de echilibru. Cea mai simplă opțiune pentru vibrații libere este mișcarea sarcinii, care este suspendată pe un fir, sau atașată de un arc.
Auto-oscilațiile sunt tipurile în caresistemul are un anumit aport de energie potențială, care duce la producerea vibrațiilor. Trăsătura lor distinctivă este faptul că amplitudinea este caracterizată de proprietățile sistemului în sine și nu de condițiile inițiale.
Pentru vibrațiile aleatorii, sarcina externă are o valoare aleatorie.
Toate modurile de vibrație au anumite caracteristici, care ar trebui menționate separat.
Amplitudinea se numește abaterea maximă de la poziția de echilibru, abaterea valorii fluctuante, este măsurată în metri.
Perioada este timpul unei singure oscilații prin care se repetă caracteristicile sistemului, calculate în secunde.
Frecvența este determinată de numărul de oscilații pe unitate de timp, este invers proporțională cu perioada de oscilație.
Faza de oscilație caracterizează starea sistemului.
Aceste tipuri de vibrații apar conform legiicosinus sau sinus. Fourier a putut stabili că orice oscilație periodică poate fi reprezentată ca o sumă de modificări armonice prin extinderea unei anumite funcții într-o serie Fourier.
De exemplu, luați în considerare un pendul cu o anumită perioadă și frecvență ciclică.
Prin ce se caracterizează aceste tipuri de vibrații?Fizica consideră pendulul matematic ca fiind un sistem idealizat, care constă dintr-un punct material, care este suspendat pe un fir inextensibil fără greutate, oscilează sub influența gravitației.
Aceste tipuri de vibrații au o anumită cantitate de energie, sunt comune în natură și tehnologie.
Cu o mișcare oscilatorie prelungită, coordonata centrului său de masă se schimbă, iar cu curent alternativ, valoarea curentului și a tensiunii din circuit se schimbă.
Există diferite tipuri de vibrații armonice în funcție de natura lor fizică: electromagnetice, mecanice etc.
Vibrațiile forțate sunt scuturarea unui vehicul care se deplasează pe un drum neuniform.
Aceste tipuri de unde electromagnetice diferă princaracteristici fizice. Prezența rezistenței mediului și forța de frecare duc la amortizarea vibrațiilor libere. În cazul oscilațiilor forțate, pierderile de energie sunt compensate prin intrarea sa suplimentară dintr-o sursă externă.
Perioada unui pendul cu arc conectează masa corporală și rigiditatea arcului. În cazul unui pendul matematic, depinde de lungimea firului.
Cu o perioadă cunoscută, puteți calcula frecvența naturală a sistemului oscilator.
În tehnologie și natură, există vibrații cuvalori de frecvență diferite. De exemplu, pendulul care oscilează în Catedrala Sf. 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,amortizarea vibrațiilor libere. De aceea oscilațiile forțate sunt folosite în practica reală. Acestea sunt solicitate într-o varietate de mașini cu vibrații. Ciocanul vibrator este o mașină cu vibrații de șoc concepută pentru a conduce țevi, piloți și alte structuri metalice în pământ.
Se presupune caracteristica modurilor de vibrațieanaliza parametrilor fizici de bază: încărcare, tensiune, curent. Ca sistem elementar, care este utilizat pentru a observa oscilațiile electromagnetice, există un circuit oscilator. Se formează atunci când o bobină și un condensator sunt conectate în serie.
Când circuitul este închis, apar în el oscilații electromagnetice libere, asociate cu modificări periodice ale sarcinii electrice a condensatorului și a curentului din bobină.
Ele sunt libere datorită faptului că în timpul execuției lor nu există influență externă, ci se folosește doar energia stocată în circuitul în sine.
Dacă considerăm că rezistența bobinei este zero și luăm perioada de oscilație ca T, putem considera o oscilație completă efectuată de sistem.
În absența influenței externe, prinpentru o anumită perioadă de timp, se observă atenuarea oscilației electromagnetice. Motivul acestui fenomen va fi descărcarea treptată a condensatorului, precum și rezistența pe care bobina o posedă de fapt.
De aceea într-un circuit real existăoscilații amortizate. O scădere a încărcării condensatorului duce la o scădere a valorii energiei în comparație cu indicatorul său original. Treptat, va fi eliberat sub formă de căldură pe firele de conectare și bobină, condensatorul va fi complet descărcat și oscilația electromagnetică se va termina.
Orice mișcare care are o anumităgradul de repetabilitate sunt fluctuații. De exemplu, un pendul matematic se caracterizează printr-o abatere sistematică în ambele direcții față de poziția verticală inițială.
Pentru un pendul cu arc, o mișcare completă corespunde mișcării sale în sus și în jos din poziția inițială.
Într-un circuit electric care arecapacitate și inductanță, există o repetare a încărcării pe plăcile condensatorului. Care este motivul mișcărilor oscilatorii? Pendulul funcționează deoarece gravitația îl obligă să revină la poziția sa inițială. În cazul unui model cu arc, o funcție similară este îndeplinită de forța elastică a arcului. Trecând poziția de echilibru, sarcina are o anumită viteză, prin urmare, prin inerție, trece peste starea de mijloc.
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, este reîncărcat.
În tehnologia modernă, se utilizează vibrații care diferă semnificativ prin natura lor, gradul de repetabilitate, caracter și, de asemenea, „mecanismul” aspectului lor.
Vibrațiile mecanice sunt realizate de corziinstrumente muzicale, valuri de mare, pendul. Fluctuațiile chimice asociate cu o modificare a concentrației reactanților sunt luate în considerare la efectuarea diferitelor interacțiuni.
Vibrațiile electromagnetice fac posibilă crearea diferitelor dispozitive tehnice, de exemplu, un telefon, dispozitive medicale cu ultrasunete.
Fluctuațiile de luminozitate ale cefeidelor prezintă un interes deosebit în astrofizică; oamenii de știință din diferite țări le studiază.
Toate tipurile de vibrații sunt strâns legate de imensnumărul de procese tehnice și fenomene fizice. Ele au o mare importanță practică în construcția de aeronave, construcția de nave, construcția de complexe rezidențiale, ingineria electrică, electronica radio, medicina și știința fundamentală. Un exemplu de proces oscilator tipic în fiziologie este mișcarea mușchiului inimii. Vibrațiile mecanice se găsesc în chimia organică și anorganică, în meteorologie, precum și în multe alte domenii ale științelor naturale.
Primele studii ale pendulului matematic au fostefectuate în secolul al XVII-lea și până la sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au reușit să stabilească natura undelor electromagnetice. Omul de știință rus Alexander Popov, care este considerat „tatăl” comunicațiilor radio, și-a realizat experimentele tocmai pe baza teoriei oscilațiilor electromagnetice, a rezultatelor cercetărilor efectuate de Thomson, Huygens și Rayleigh. El a reușit să găsească o aplicație practică pentru oscilațiile electromagnetice, să le folosească pentru a transmite un semnal radio pe o distanță mare.
Academicianul P.N.Mulți ani, Lebedev a efectuat experimente legate de obținerea de oscilații electromagnetice de înaltă frecvență folosind câmpuri electrice alternative. Datorită numeroaselor experimente legate de diferite tipuri de vibrații, oamenii de știință au reușit să găsească zone de utilizare optimă a acestora în știința și tehnologia modernă.
