Mechaniczne wibracje: co to jest?

Czas poświęcić na krótki esej na temat ruchu oscylacyjnego. Ale najpierw musisz odpowiedzieć na jedno ważne pytanie. Co oznacza wibracja mechaniczna? Przez nich rozumiemy ruch, podczas którego obserwowane ciało wielokrotnie zajmuje te same pozycje w przestrzeni.

Fizycy rozróżniają nieokresowe i okresowe drgania. Te pierwsze obejmują te, których współrzędne i inne cechy ciała nie mogą być opisane za pomocą okresowych funkcji czasu. Drugi widok jest łatwiejszy. Okresowe oscylacje to te, które można opisać za pomocą okresowych funkcji czasu. Ale co oni przez nich rozumieją? W fizyce oscylacje są często rozumiane jako procesy, które powtarzają się w pewnym stopniu w czasie. I oddzielnie w odniesieniu do rozważanego tematu, należy powiedzieć, co następuje. Oscylacje mechaniczne można zaklasyfikować warunkowo w następujący sposób:

1. W zależności od warunków wystąpienia:
1. Wymuszone;
2. Samoscylacja;
3. Bezpłatne
2. W zależności od zmiany energii kinetycznej w czasie:
1. Harmoniczne;
2. Sawtooth;
3. Blaknięcie.

W artykule rozważymy nie wszystkie, ale tylko niektóre typy wibracji. Powinniśmy również wspomnieć o formułach, ich wykorzystaniu i różnorodności. Krótko mówiąc, wiele z nich. Różnorodność, w której prezentowane są oscylacje mechaniczne, formuły określające ich parametry, skłoniła naukowców do stworzenia osobnych podręczników przeznaczonych do konkretnych sytuacji. Nie trzeba niczego wymyślać samemu. Tworząc system oscylacyjny, będzie trzeba tylko poświęcić pół godziny lub godziny, aby znaleźć formułę dla konkretnej sytuacji.

Charakterystyka wibracji mechanicznych

Ilości fizyczne są używane do charakteryzowania drgań mechanicznych, które dostarczają niezbędnych danych. Amplituda oscylacji jest największym odchyleniem ciała, które odchyla się od początkowej wartości pozycji. A jaki jest okres? W nim wibracje to czas, w którym organizm musi powtórzyć wszystkie ruchy lub innymi słowy, aby wykonać jedno powtórzenie ruchu. Co oznacza częstotliwość? Pod nim rozumieć liczbę równą liczbie oscylacji wykonanych dla jednej jednostki czasu. Często w domach, szkołach i na uniwersytetach eksperymenty na częstotliwość przyjmowania jednej sekundy. Częstotliwość cykliczna jest często używana zamiast pojęcia liczby oscylacji, które występują w jednostce czasu, i implikuje jej obliczenia, które jest konieczne do wykonania jednego takiego cyklu.

Wibracje mechaniczne harmoniczne

Przez oscylacje harmoniczne rozumie się te, których wielkość fizyczna wybrana dla charakterystyki zmienia się w przedziale czasowym w postaci sinusoidalnej krzywej, którą można łatwo wyświetlić w trybie graficznym. Po zmianie współrzędnych punkt materialny zgodnie z prawem harmonicznym, impuls, prędkość i przyspieszenie również różnią się w zależności od tego.

Darmowe oscylacje

Kiedy oscylacja jest dokonywana w systemie z powodu energii początkowej, nazywa się to swobodą. Jako praktyczny pokaz tego rodzaju procesu fizycznego stosuje się specjalne modele: wahadła sprężynowe i matematyczne. Pozwalają one na pracę z najczęstszymi sytuacjami. Jako wahadło matematyczne przyjmują punkt, który oscyluje i wisi na nierozciągliwej i nieważącej nici. Nie ma takiego urządzenia na ziemi. Dlatego najbliższy modelowi teoretycznemu jest struktura złożona z kulki, której średnica (rozmiar) jest znacznie mniejsza niż długość nici. Konieczne jest wykonywanie działań fizycznych. Odchyl taką piłkę od jej początkowego położenia i zwolnij. I tak każdy eksperymentator będzie mógł zobaczyć mechaniczne wibracje. Okres, a także częstotliwość, zależą wyłącznie od parametrów układu: długości wątku wahadła matematycznego, sztywności sprężyny i masy ładunku (ważnego dla wahadła sprężynowego). Z tego powodu wolne oscylacje zwane także własnymi oscylacjami systemu. To jest całkiem logiczne. A częstotliwość, z jaką wszystko się dzieje, nazywa się systemowym.

Transformacja energii podczas wibracji mechanicznych

Potencjał i energia kinetyczna kiedy ciało przesuwa się do siebie. I to samo jest odwrotnie. Kiedy układ odbiega od początkowej pozycji równowagi do największej możliwej wartości, energia potencjalna również osiąga swoją wartość maksymalną, a kinetyka ciała - minimum. Osobno należy powiedzieć o jednym nieporozumieniu, popularnym wśród ludzi. Kiedy osiągnięta zostanie równowaga, potencjalna energia znajduje się na swoim minimum (zazwyczaj przyjmuje się tu zero), natomiast kinetyka (i to jest zarówno pęd ciała, jak i prędkość jego ruchu) osiąga maksimum. W praktyce bierze się pod uwagę coś innego. W systemach rzeczywistych istnieją siły nie będące potencjalnymi, których wartość nie jest równa zeru. Energia układu marnuje się na skutek działania sił nośnych, tarcia powietrznego, siły sprężyny wewnętrznej lub zawieszenia. Amplituda oscylacji ciała stopniowo maleje. Takie oscylacje nazywa się tłumieniem. Jeśli siła tarcia jest zbyt duży, cały zapas energii może być zużyty w ciągu jednego okresu oscylacji, a ruch ciała nie będzie okresowy.

Wymuszone wibracje

Pod oscylacjami wymuszonymi rozumiemy te, które występują pod wpływem siły zewnętrznej, wykonując pracę, która zmienia się w czasie. Jest inne sformułowanie. Z powodu zewnętrznego napływu energii jest on utrzymywany w systemie na dostatecznym poziomie, dzięki czemu zachodzą rzeczywiste oscylacje. Aby to zrozumieć, konieczne jest narysowanie podobieństw z rzeczywistością. Przykładem podmiotu dokonującego tego rodzaju oscylacji jest huśtawka, na której siedzi jedna osoba, a druga macha nią. Jest jeden niuans. Jeżeli zewnętrzna siła kompensuje utratę energii w systemie w sposób ciągły lub okresowy, bez zatrzymywania samego procesu oscylacji, nazywane są one nieustalonymi wymuszeniami.

W zakresie można zauważyć, co następuje. Amplituda wymuszonych oscylacji jest całkowicie określona przez siłę działającą z zewnątrz, jak również przez stosunek częstotliwości naturalnych stron zaangażowanych w proces. I tu jest jedno interesujące zjawisko. Kiedy oscylacje wymuszone mogą być okresowo obserwowane, gwałtowny wzrost amplitudy, który nazywa się rezonansem.

Rezonans

Występuje w przypadkach, w których siła wpływająca na układ staje się bardzo zbliżona do częstotliwości oscylacji. Możliwe jest inne rozwiązanie. W przypadku, gdy częstotliwość siły wpływającej jest wielokrotnością oscylacji samego układu, na którym działa, występuje również rezonans. Jak jest to przedstawione graficznie? Zależność amplitud oscylacji układu od częstotliwości oddziaływania siły wyrażana jest za pomocą krzywej rezonansowej.

Auto oscylacje

Ich zastosowanie samo-oscylacji znajduje się w tej technice. Istnieją tam, gdzie podtrzymywane oscylacje są utrzymywane dzięki źródłu energii, które może automatycznie włączać i wyłączać sam system. W takich przypadkach można poważnie rozważyć kwestię przypisania do systemu stanu auto-oscylacyjnego. Dlaczego? Moment, w którym konieczne jest dostarczenie energii do oscylacji jest monitorowany przez podsystem odpowiedzialny za sprzężenie zwrotne. W zależności od parametrów ciała, może wywierać silny i natychmiastowy wpływ lub stopniowo i stopniowo. Może otworzyć lub zamknąć możliwość przepływu energii do całego systemu. To jej główne zadanie. Jako przykład układu samo-oscylującego możemy przywołać zegar wahadłowy, w którym źródłem energii jest ciężar, a mechanizm kotwiczący skutecznie radzi sobie z rolą podsystemu sprzężenia zwrotnego, który reguluje przepływ kinetyczny, od którego zależą drgania mechaniczne.

Parametryczne oscylacje

Pod tym typem oscylacji określa się te, które występują w systemach, które okresowo zmieniają swoje parametry. Co możesz o nich powiedzieć? Jedyną rzeczą, która określa amplitudę i siłę systemu oscylacyjnego są jego parametry.