Oscylacje: mechaniczne i elektromagnetyczne. Wibracje swobodne i wymuszone. Charakterystyczne

Jednym z najciekawszych tematów w fizyce są oscylacje. Studiowanie mechaniki jest z nimi ściśle powiązane, z tym, jak zachowują się ciała, na które wpływa jedna lub inna siła. Tak więc, studiując oscylacje, możemy obserwować wahadła, patrz zależność amplitudy oscylacji od długości nici, na której zawieszone jest ciało, od sztywności sprężyny i ciężaru ładunku. Mimo pozornej prostoty, ten temat jest daleka od tego, że wszyscy są tak łatwo, jak byśmy tego chcieli. Dlatego zdecydowaliśmy się zebrać najbardziej znane informacje o wibracjach, ich typach i właściwościach oraz opracować dla Państwa krótkie podsumowanie na ten temat. Być może przyda ci się to.

Definicja pojęcia

Zanim mówimy o takich pojęciach, jak mechaniczne, elektromagnetyczne, swobodne, wymuszone oscylacje, o ich charakterze, cechach i typach, warunkach występowania, należy tę koncepcję zdefiniować. Tak więc w fizyce oscylacja jest nazwą ciągle powtarzającego się procesu zmiany stanu wokół jednego punktu w przestrzeni. Najprostszym przykładem jest wahadło. Za każdym razem, gdy się oscyluje, odchyla się od pewnego pionowego punktu, najpierw do jednego, a potem na drugi bok. Teoria oscylacji i fal bada zjawisko.

Przyczyny i warunki wystąpienia

Jak każde inne zjawisko, oscylacje występują tylko wtedy, gdy spełnione są określone warunki. Mechaniczne wymuszone oscylacje, takie jak oscylacje swobodne, występują, gdy warunki takie jak:

1. Obecność siły, która usuwa ciało ze stanu stabilnej równowagi. Na przykład naciśnięcie matematycznego wahadła, w którym rozpoczyna się ruch.

2. Obecność minimum siły tarcia w systemie. Jak wiadomo, tarcie spowalnia niektóre procesy fizyczne. Im większa siła tarcia, tym mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia oscylacji.

3. Jedna z sił musi zależeć od współrzędnych. Oznacza to, że ciało zmienia swoją pozycję w określonym układzie współrzędnych względem pewnego punktu.

Rodzaje wibracji

Po rozpatrzeniu faktu takiej fluktuacji zbadajmy ich klasyfikację. Istnieją dwie najbardziej znane klasyfikacje - z natury fizycznej i natury interakcji ze środowiskiem. Tak więc, zgodnie z pierwszym znakiem, emitowane są mechaniczne i elektromagnetyczne, a zgodnie z drugim, swobodne i wymuszone wibracje. Istnieją również drgania własne, oscylacje tłumione. Ale porozmawiamy tylko o pierwszych czterech typach. Przyjrzyjmy się bliżej każdemu z nich, poznajmy ich cechy, a także bardzo krótki opis ich głównych cech.

Mechaniczny

To właśnie z mechaniką zaczyna się badanie oscylacji w szkolnym kursie fizyki. Studenci rozpoczynają z nimi znajomość sekcja fizyki jak mechanik. Zwróć uwagę, że te fizyczne procesy zachodzą w środowisku i możemy je obserwować gołym okiem. Przy takich wibracjach ciało wielokrotnie wykonuje ten sam ruch, przechodząc pewną pozycję w przestrzeni. Przykładami takich oscylacji są te same wahadła, wibracja kamertonu lub struny gitary, ruch liści i gałęzi w drzewie oraz huśtawka.

Elektromagnetyczny

Po pewnej nauce oscylacji mechanicznych rozpoczyna się badanie oscylacji elektromagnetycznych, które są bardziej złożone w swojej strukturze, ponieważ ten gatunek płynie w różnych obwody elektryczne. W tym procesie oscylacje obserwuje się zarówno w polach elektrycznych, jak i magnetycznych. Pomimo tego oscylacje elektromagnetyczne mają nieco inny charakter występowania, prawa dla nich są takie same jak dla mechanicznych. Kiedy oscylacje elektromagnetyczne mogą zmieniać nie tylko natężenie pola elektromagnetycznego, ale także takie cechy jak moc ładunku i prądu. Należy również zauważyć, że istnieją swobodne i wymuszone oscylacje elektromagnetyczne.

Darmowe oscylacje

Ten rodzaj oscylacji zachodzi pod wpływem sił wewnętrznych, gdy układ pochodzi ze stanu stabilnej równowagi lub odpoczynku. Swobodne oscylacje są zawsze tłumione, co oznacza, że ​​ich amplituda i częstotliwość zmniejszają się z czasem. Żywym przykładem tego rodzaju kołysania jest ruch ładunku zawieszonego na nitce i oscylującego z jednej strony na drugą; ładunek przymocowany do sprężyny, a następnie opadający pod działaniem siły ciężkości, a następnie podnoszący się pod działaniem sprężyny. Nawiasem mówiąc, to właśnie tego rodzaju oscylacje są brane pod uwagę podczas studiowania fizyki. A większość zadań jest poświęcona swobodnym oscylacjom, a nie wymuszonym.

Wymuszone

Pomimo tego, że tego rodzaju proces jest badany przez uczniów mniej szczegółowo, to najczęściej wymuszone oscylacje występują w przyrodzie. Dosyć żywym przykładem tego zjawiska fizycznego może być ruch gałęzi na drzewach przy wietrznej pogodzie. Takie fluktuacje zawsze występują pod wpływem czynników zewnętrznych i sił, i występują one w dowolnym momencie.

Charakterystyka oscylacji

Jak każdy inny proces, wibracje mają swoją własną charakterystykę. Istnieje sześć głównych parametrów procesu oscylacyjnego: amplituda, okres, częstotliwość, faza, przemieszczenie i częstotliwość cykliczna. Oczywiście każda z nich ma własne oznaczenia, a także jednostki miary. Przeanalizujmy je bardziej szczegółowo, koncentrując się na krótkim opisie. W takim przypadku nie będziemy malować formuł używanych do obliczania konkretnej wartości, aby nie mylić czytelnika.

Przesunięcie

Pierwszym jest offset. Ta charakterystyka pokazuje odchylenie ciała od punktu równowagi w danym czasie. Jest mierzona w metrach (m), ogólnie przyjętą nazwą jest x.

Amplituda oscylacji

Ta wartość wskazuje największe przemieszczenie ciała z punktu równowagi. W obecności ciągłej oscylacji jest stała wartość. Jest mierzona w metrach, ogólnie przyjętym oznaczeniem jest x _m .

Okres Swing

Inna wartość wskazująca czas, w którym ma miejsce jedna pełna oscylacja. Ogólnie przyjętą notacją jest T, mierzona w sekundach.

Częstotliwość

Ostatnia funkcja, o której będziemy mówić, to częstotliwość oscylacji. Ta wartość wskazuje liczbę oscylacji w pewnym okresie czasu. Mierzone w hercach (Hz) i oznaczane jako ν.

Rodzaje wahadeł

Zdemontowaliśmy więc wymuszone wibracje, mówiliśmy o wolności, co oznacza, że ​​powinniśmy również wspomnieć o rodzajach wahadeł, które są używane do tworzenia i badania swobodnych wibracji (w warunkach szkolnych). Tutaj możemy wyróżnić dwa typy - matematyczny i harmoniczny (wiosna). Pierwszy to rodzaj ciała zawieszonego na nierozciągliwej nici, której wielkość jest równa l (główna znacząca ilość). Drugi to ładunek przymocowany do sprężyny. Ważna jest znajomość masy ładunku (m) i sztywności sprężyny (k).

Wnioski

Stwierdziliśmy więc, że istnieją oscylacje mechaniczne i elektromagnetyczne, podaliśmy ich krótką charakterystykę, opisaliśmy przyczyny i warunki występowania tego typu drgań. Powiedzieli kilka słów o głównych cechach tych zjawisk fizycznych. Rozumieliśmy również, że są wymuszone oscylacje i wolne. Ustalili, jak się od siebie różnią. Ponadto powiedzieliśmy kilka słów o wahadłach stosowanych w badaniach drgań mechanicznych. Mamy nadzieję, że te informacje były dla Ciebie przydatne.