Sərbəst dalğalanmaların baş verməsi şərtləri - Bilik Hipermarketi. Salınımlar: mexaniki və elektromaqnit. Sərbəst və məcburi vibrasiya. Xarakteristikalar Mexanik vibrasiyaların mövcudluğu şərtləri
Mühazirə. 1. Salınımlar. Vibrasiyaların forması. Vibrasiya növləri. Təsnifat. Salınım prosesinin xüsusiyyətləri. Mexanik vibrasiyaların meydana gəlməsi şərtləri. Harmonik vibrasiyalar.
Salınımlar- tarazlıq nöqtəsi ətrafında zamanla bu və ya digər dərəcədə təkrarlanan sistemin vəziyyətlərinin dəyişməsi prosesi. Təbiətdə və texnologiyada salınma prosesləri geniş yayılmışdır, məsələn, saat sarkacının yellənməsi, dəyişən elektrik cərəyanı və s.Rəqəmlərin fiziki təbiəti müxtəlif ola bilər, buna görə də mexaniki, elektromaqnit və s. salınımlar fərqlənir proseslər eyni xüsusiyyətlər və eyni tənliklərlə təsvir olunur. Bu, müxtəlif fiziki təbiətli salınımların öyrənilməsinə vahid yanaşmanın məqsədəuyğunluğunu nəzərdə tutur.
Vibrasiya forması fərqli ola bilər.
Salınma prosesi zamanı dəyişən fiziki kəmiyyətlərin qiymətləri müntəzəm fasilələrlə təkrarlanırsa, rəqslər dövri adlanır (şəkil 1). (Əks halda salınımlar aperiodik adlanır). Harmonik rəqslərin mühüm xüsusi halı müəyyən edilir (şək. 1).
Harmonikə yaxınlaşan rəqslərə kvazi harmonik deyilir.
Şəkil 1. Vibrasiya növləri
Müxtəlif fiziki təbiətli salınımlar çoxlu ümumi qanunauyğunluqlara malikdir və dalğalarla sıx əlaqədədir. Rəqəmlərin və dalğaların ümumiləşdirilmiş nəzəriyyəsi bu qanunauyğunluqları öyrənir. Dalğalardan əsas fərq: salınımlar zamanı enerji ötürülmür, bunlar yerli, “yerli” enerji çevrilmələridir.
Növlər tərəddüd. Salınımlar müxtəlifdir Mən təbiətcə:
mexaniki(hərəkət, səs, vibrasiya),
elektromaqnit(məsələn, salınan dövrədə vibrasiya, boşluq rezonatoru , radio dalğalarında, görünən işıq dalğalarında və hər hansı digər elektromaqnit dalğalarında elektrik və maqnit sahələrinin gücündə dalğalanmalar),
elektromexaniki(telefon membranının titrəməsi, pyezokvars və ya maqnitostriktiv ultrasəs emitenti) ;
kimyəvi(dövri kimyəvi reaksiyalar deyilən zaman reaksiya verən maddələrin konsentrasiyasının dəyişməsi);
termodinamik(məsələn, mahnı oxuyan alov və s. istilik akustikada, eləcə də bəzi reaktiv mühərriklərdə tapılan öz-özünə salınımlar);
kosmosda salınan proseslər(astrofizikada böyük maraq kəsb edən sefeid ulduzlarının parlaqlığının dəyişməsidir (parlaqlığını 0,5 ilə 2 bal arasında dəyişən və 1 ilə 50 gün arasında dəyişən pulsasiya edən supernəhəng ulduzlar);
Beləliklə, salınımlar fiziki hadisələrin və texniki proseslərin böyük bir sahəsini əhatə edir.
Ətraf mühitlə qarşılıqlı əlaqənin xarakterinə görə vibrasiyaların təsnifatı :
pulsuz (və ya öz)- bunlar sistem tarazlıqdan çıxarıldıqdan sonra daxili qüvvələrin təsiri altında olan sistemdəki rəqslərdir (real şəraitdə sərbəst rəqslər demək olar ki, həmişə sönür).
Məsələn, yayda, sarkaçda, körpüdə, gəmidə dalğada, ipdə yükün titrəməsi; elastik (akustik) dalğaların yayılması zamanı plazmada, sıxlıqda və hava təzyiqində dalğalanmalar.
Sərbəst rəqslərin harmonik olması üçün salınım sisteminin xətti olması (hərəkətin xətti tənlikləri ilə təsvir olunur) və orada enerjinin yayılmasının olmaması (sonuncu zəifləməyə səbəb olur) lazımdır.
məcbur- xarici dövri təsirin təsiri altında sistemdə baş verən rəqslər. Məcburi salınımlar zamanı rezonans fenomeni baş verə bilər: osilatorun təbii tezliyi xarici təsirin tezliyi ilə üst-üstə düşdükdə salınımların amplitudasının kəskin artması.
öz-özünə salınımlar- sistemin salınımlara sərf olunan potensial enerji ehtiyatına malik olduğu salınımlar (belə bir sistemə mexaniki saat nümunəsidir). Öz-özünə rəqslər və sərbəst rəqslər arasında xarakterik fərq ondan ibarətdir ki, onların amplitudası ilkin şərtlərlə deyil, sistemin özünün xassələri ilə müəyyən edilir.
parametrik- xarici təsir nəticəsində salınım sisteminin hər hansı parametri dəyişdikdə baş verən rəqslər;
təsadüfi- xarici və ya parametrik yükün təsadüfi proses olduğu rəqslər;
əlaqəli vibrasiyalar- qarşılıqlı sərbəst vibrasiya bağlı sistemlər, qarşılıqlı təsir edən tək salınım sistemlərindən ibarətdir. Əlaqədar dalğalanmalar bir sistemdəki vibrasiyanın birləşmə yolu ilə digər sistemdəki vibrasiyaya təsir göstərməsi səbəbindən mürəkkəb görünüşə malikdir (ümumiyyətlə dissipativ və qeyri-xətti)
paylanmış parametrləri olan strukturlarda salınımlar(uzun xətlər, rezonatorlar),
dalğalanma, maddənin istilik hərəkəti nəticəsində baş verir.
Salınmaların baş verməsi şərtləri.
1. Sistemdə rəqsin baş verməsi üçün onu tarazlıq vəziyyətindən çıxarmaq lazımdır. Məsələn, sarkaç üçün ona kinetik (təsir, təkan) və ya potensial (bədənin əyilməsi) enerji verir.
2. Cism sabit tarazlıq vəziyyətindən çıxarıldıqda, tarazlıq vəziyyətinə doğru yönəlmiş nəticə qüvvəsi görünür.
Enerji nöqteyi-nəzərindən bu o deməkdir ki, daimi keçid (kinetik enerji potensial enerjiyə, elektrik sahəsi enerjisi maqnit sahəsi enerjisinə və əksinə) üçün şərait yaranır.
3. Digər enerji növlərinə (çox vaxt istilik enerjisi) keçidlə əlaqədar sistemin enerji itkiləri azdır.
Salınım prosesinin xüsusiyyətləri.
Şəkil 1 aşağıdakı parametrlərlə xarakterizə olunan F(x) funksiyasının dövri dəyişikliklərinin qrafikini göstərir:
Amplituda - dəyişən kəmiyyətin sistem üçün bəzi orta qiymətdən maksimum sapması.
Dövr - sistemin vəziyyətinin hər hansı göstəricilərinin təkrarlandığı ən qısa müddətdir(sistem bir tam salınım edir), T(c).
"Fiziki və riyazi sarkaç" - Ayırmaq adətdir: Mövzuya dair təqdimat: "Pendulum". Riyazi sarkaç. Tatyana Yunçenko tərəfindən ifa olunur. Riyazi sarkaç fiziki sarkaç. Sarkaç.
"Səs rezonansı" - Eyni şey iki bərabər köklənmiş simlə də baş verir. Yayı bir sim boyunca keçirərək, digərində titrəmələrə səbəb olacağıq. Bir tüninq çəngəlini vibrasiyaya qoyduqdan sonra digər tənzimləyicinin öz-özünə səslənəcəyini görəcəksiniz. Konsepsiya. Hazırladı: Velikaya Yuliya Yoxladı: Sergeeva Elena Evgenievna “36 nömrəli orta məktəb” Bələdiyyə Təhsil Müəssisəsi 2011.
"Tərləntili hərəkət" - Həddindən artıq sol mövqe. Yelləncək. Salınan hərəkətlərin nümunələri. Salınmaların baş verməsi şərtləri. Amplituda sürüşmə. V=max a=0 m/s?. Tikiş maşını iynəsi. Salınım hərəkəti. Balans mövqeyi. Ağac budaqları. V=0 m/s a=maks. Uzaq sağ mövqe. Avtomobil yayları. Saat sarkacı. Salınım hərəkətinin xüsusiyyəti.
"Mexanik vibrasiya dərsi" - Sarkaçların növləri. Tarazlıq mövqeyinə doğru. Pulsuz vibrasiya. G. Klin, Moskva vilayəti 2012. Misal: sarkaç. Salınım sistemlərinin növləri 3. Salınım sistemlərinin əsas xüsusiyyəti 4. Sərbəst vibrasiya. Fizika dərsi üçün təqdimat. Tamamladı: fizika müəllimi Lyudmila Antonevna Demaşova. 6. Salınım sistemi - salınan hərəkətləri yerinə yetirməyə qadir olan cisimlər sistemidir.
"Pendulu yellənir" - Kosinus. “Yaşadığımız dünya təəccüblü şəkildə dalğalanmalara meyllidir” R. Bishop. Vibrasiya növləri. Salınım prosesinin (hərəkətinin) əsas xarakteristikası. Riyazi və yay sarkaç testləri. 7. Yayda asılmış çəki tarazlıq vəziyyətindən çıxarılaraq sərbəst buraxıldı. Ölçü vahidi (saniyə s).
“Mexanik vibrasiyaların fizikası” - Gəlin vibrasiyalardan danışaq... Mexanik titrəyişlərin parametrləri. Bədənin tarazlıq vəziyyətindən maksimum yerdəyişməsini göstərir. Salınım sistemləri. “Qalada şən top var idi, musiqiçilər mahnı oxuyurdular. Dövr. Video tapşırıq. Bazhina G.G. – Krasnoyarskda “11 №-li GİMNASİYA” Bələdiyyə Təhsil Müəssisəsinin fizika müəllimi. Bağdakı meh yüngül yelləncəyi silkələdi" Konstantin Balmont.
Mövzuda ümumilikdə 14 təqdimat var
2. Ətalət anı və onun hesablanması
Tərifə görə, cismin oxa nisbətən ətalət anı hissəciklərin kütlələrinin məhsullarının fırlanma oxuna olan məsafələrinin kvadratları ilə cəminə və ya
Lakin bu düstur ətalət momentini hesablamaq üçün uyğun deyil; bərk cismin kütləsi davamlı olaraq paylandığı üçün cəmi inteqralla əvəz edilməlidir. Buna görə də ətalət momentini hesablamaq üçün cisim kütləsi dm=dV olan sonsuz kiçik həcmlərə dV bölünür. Sonra
burada R elementin dV fırlanma oxundan məsafəsidir.
Kütlə mərkəzindən keçən oxa münasibətdə I C ətalət anı məlumdursa, onda kütlə mərkəzindən d məsafədən keçən hər hansı O paralel oxuna qarşı ətalət momentini asanlıqla hesablamaq olar.
I O =I C +md 2,
Bu nisbət deyilir Ştayner teoremi: ixtiyari oxa nisbətən cismin ətalət anı ona paralel olan və kütlə mərkəzindən keçən və cismin kütləsinin məsafənin kvadratına hasilindən keçən oxa nisbətən ətalət momentinin cəminə bərabərdir. oxlar arasında.
3. Fırlanmanın kinetik enerjisi
Sabit bir ox ətrafında fırlanan sərt cismin kinetik enerjisi
Düsturu zamana görə fərqləndirərək, sabit ox ətrafında fırlanan sərt cismin kinetik enerjisinin dəyişmə qanununu alırıq:
–
fırlanma hərəkətinin kinetik enerjisinin dəyişmə sürəti qüvvənin momentinin gücünə bərabərdir.
dK fırlanma =M Z Z dt=M Z d K K 2 -K 1 =
olanlar. fırlanmanın kinetik enerjisinin dəyişməsi fırlanma momentinin gördüyü işə bərabərdir.
4. Düz hərəkət
Kütlə mərkəzinin sabit müstəvidə hərəkət etdiyi və kütlə mərkəzindən keçən fırlanma oxunun bu müstəviyə perpendikulyar qaldığı sərt cismin hərəkətinə deyilir. düz hərəkət. Bu hərəkət tərcümə hərəkəti və ətrafında fırlanma birləşməsinə endirilə bilər sabit (sabit) ox, çünki C-sistemində fırlanma oxu faktiki olaraq sabit qalır. Buna görə də, müstəvi hərəkət iki hərəkət tənliyinin sadələşdirilmiş sistemi ilə təsvir edilir:
Müstəvi hərəkət edən cismin kinetik enerjisi:
və nəhayət
,
çünki bu halda i " i-ci nöqtənin sabit ox ətrafında fırlanma sürətidir.
Salınımlar
1. Harmonik osilator
SalınımlarÜmumiyyətlə, zamanla təkrarlanan hərəkətlər deyilir.
Əgər bu təkrarlar müəyyən fasilələrlə davam edərsə, yəni. x(t+T)=x(t), onda rəqslər deyilir dövri. Yaradan sistem
vibrasiya deyilir osilator. Sistemin öz-özünə buraxdığı rəqslərə təbii deyilir və bu halda salınımların tezliyi belədir. təbii tezlik.
Harmonik vibrasiyalar sin və ya cos qanununa görə baş verən titrəyişlərə deyilir. Misal üçün,
x(t)=A cos(t+ 0),
burada x(t) hissəciyin tarazlıq mövqeyindən yerdəyişməsidir, A maksimumdur
ofset və ya amplituda, t+ 0 -- faza salınımlar, 0 -- ilkin faza (t=0-da), 
-- siklik tezlik, sadəcə olaraq rəqs tezliyidir.
Harmonik rəqsləri yerinə yetirən sistemə harmonik osilator deyilir. Harmonik rəqslərin amplitudası və tezliyinin sabit və bir-birindən asılı olmaması vacibdir.
Harmonik rəqslərin baş verməsi şərtləri: hissəciyə (və ya hissəciklər sisteminə) hissəciyin tarazlıq mövqeyindən yerdəyişməsinə mütənasib bir qüvvə və ya qüvvə momenti təsir etməlidir və
tarazlıq vəziyyətinə qaytarmağa çalışır. Belə bir qüvvə (və ya qüvvə anı)
çağırdı kvazi elastik; formasına malikdir, burada k kvazirigidlik adlanır.
Xüsusilə, x oxu boyunca salınan yay sarkacını titrədən sadəcə elastik qüvvə ola bilər. Belə bir sarkacın hərəkət tənliyi aşağıdakı formaya malikdir:
və ya 
,
təyinatın təqdim edildiyi yer.
Birbaşa əvəzetmə ilə tənliyi həll etməklə bunu yoxlamaq asandır
funksiyadır
x=A cos( 0 t+ 0),
burada A və 0 -- sabitlər, hansını müəyyən etmək üçün ikisini təyin etməlisiniz ilkin şərtlər: hissəciyin x(0)=x 0 mövqeyi və zamanın ilkin (sıfır) anında sürəti v x (0)=v 0.
Bu tənlik hər hansı birinin dinamik tənliyidir
təbii tezliyə malik harmonik titrəmələr 0. Üzərindəki çəki üçün
yay sarkacının salınma müddəti
.
2. Fiziki və riyazi sarkaçlar
Fiziki sarkaç- yerinə yetirən hər hansı fiziki bədəndir
ağırlıq sahəsində kütlə mərkəzindən keçməyən ox ətrafında salınımlar.
Sistemin təbii rəqslərinin harmonik olması üçün bu rəqslərin amplitudasının kiçik olması lazımdır. Yeri gəlmişkən, eyni şey yay üçün də keçərlidir: F nəzarəti = -kx yalnız yayın x-in kiçik deformasiyaları üçün.
Salınma müddəti düsturla müəyyən edilir:
.
Qeyd edək ki, buradakı kvazi-elastik moment cazibə momentidir
M i = - mgd , bucaq sapmasına mütənasib .
Fiziki sarkacın xüsusi bir vəziyyəti riyazi sarkaç-- uzunluğu l olan çəkisiz açılmayan sap üzərində asılmış nöqtə kütləsi. Dövr kiçik dalğalanmalar riyazi sarkaç
3. Söndürülmüş harmonik rəqslər
Real vəziyyətdə, osilator həmişə ətraf mühitdən (özlü sürtünmə, ətraf mühitə qarşı müqavimət) dağıdıcı qüvvələrdən təsirlənir.
, hərəkəti yavaşlatan. Hərəkət tənliyi sonra formanı alır:
.
və ifadə edərək, təbii sönümlü harmonik rəqslərin dinamik tənliyini alırıq:
.
Söndürülməmiş salınımlarda olduğu kimi, bu tənliyin ümumi formasıdır.
Orta müqavimət çox yüksək deyilsə
Funksiya 
salınımların eksponensial şəkildə azalan amplitüdünü təmsil edir. Bu amplituda azalma adlanır istirahət titrəmələrin (zəifləməsi) və adlanır zəifləmə əmsalı tərəddüd.
rəqslərin amplitudasının e=2,71828 dəfə azaldığı vaxt,
çağırdı istirahət vaxtı.
Zəifləmə əmsalına əlavə olaraq, başqa bir xüsusiyyət təqdim olunur,
çağırdı loqarifmik sönüm azalması-- təbiidir
bir müddət ərzində amplitüdlərin (və ya yerdəyişmələrin) nisbətinin loqarifmi:
.
Təbii sönümlü salınımların tezliyi
təkcə kvazi elastik qüvvənin və bədən kütləsinin böyüklüyündən deyil, həm də ondan asılıdır
ətraf mühitə qarşı müqavimət.
4. Harmonik vibrasiyaların əlavə edilməsi
Belə bir əlavənin iki halını nəzərdən keçirək.
a) Osilator ikidə iştirak edir qarşılıqlı perpendikulyar dalğalanmalar.
Bu zaman x və y oxları boyunca iki kvazi elastik qüvvə hərəkət edir. Sonra
Osilatorun trayektoriyasını tapmaq üçün t vaxtını bu tənliklərdən çıxarmaq lazımdır.
Bunu etməyin ən asan yolu əgər çoxsaylı tezliklər:
Burada n və m tam ədədlərdir.
Bu halda osilatorun trayektoriyası müəyyən qədər olacaq Bağlı döngəsi çağırılır Lissajous fiqur.
Misal: x və y-də rəqs tezlikləri eynidir ( 1 = 2 =), rəqs fazalarının fərqi 
(sadəlik üçün 1 =0 qoyaq).
.
Buradan tapırıq: 
-- Lissaju fiquru ellips olacaq.
b) Osilator salınır bir istiqamət.
Hələlik iki belə salınım olsun; Sonra
harada və 
-- salınım fazaları.
Vibrasiyaları analitik olaraq əlavə etmək çox əlverişsizdir, xüsusən də onlar olduqda
iki deyil, bir neçə; buna görə də adətən həndəsi istifadə olunur vektor diaqramı üsulu.
5. Məcburi vibrasiyalar
Məcburi vibrasiya osilator üzərində hərəkət edərkən yaranır
harmonik qanuna görə dəyişən xarici dövri qüvvə
ext tezliyi ilə: 
.
Məcburi rəqslərin dinamik tənliyi:
üçün sabit vəziyyətin salınması tənliyin həlli harmonik funksiyadır:
burada A məcburi rəqslərin amplitudası, isə faza geriliyidir
məcburedici qüvvədən.
Sabit vəziyyətdə olan məcburi rəqslərin amplitüdü:
Xarici tərəfdən sabit vəziyyətdə olan məcburi rəqslərin faza geriləməsi
hərəkətverici qüvvə:
.
\hs Beləliklə: sabit vəziyyətdə məcburi rəqslər baş verir
sabit, zamandan asılı olmayan amplituda ilə, yəni. sönməyin
ətraf mühitin müqavimətinə baxmayaraq. Bu, işin olması ilə izah olunur
xarici qüvvə gəlir
osilatorun mexaniki enerjisinin artması və tamamilə kompensasiya edir
onun azalması, dissipativ müqavimət qüvvəsinin təsiri ilə baş verir
6. Rezonans
Düsturdan göründüyü kimi, məcburi rəqslərin amplitudası
Və ext xarici hərəkətverici qüvvənin tezliyindən asılıdır ext. Bu əlaqənin qrafiki adlanır rezonans əyrisi və ya osilatorun amplituda-tezlik reaksiyası.
Salınımların amplitudasının maksimuma çatdığı xarici qüvvənin tezliyinin dəyəri deyilir. rezonans tezliyi res, və in = res-də amplituda kəskin artım -- rezonans.
Rezonans şərti A( ext) funksiyasının ekstremumunun şərti olacaqdır:
.
Osilatorun rezonans tezliyi aşağıdakı ifadə ilə müəyyən edilir:
.
Bu halda məcburi rəqslərin amplitüdünün rezonans dəyəri
Sistemin rezonans reaksiyasını xarakterizə edən kəmiyyət deyilir keyfiyyət amili osilator.
Əksinə, kifayət qədər böyük bir müqavimətlə 
rezonans müşahidə olunmayacaq.
Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin əsasları. molekulyar
>> Sərbəst rəqslərin baş verməsi şərtləri
§ 19 AZAD VİBRASYONLARIN GÖRÜNMƏSİ ÜÇÜN ŞƏRTLƏR
Sistemdə sərbəst rəqslərin baş verməsi üçün onun hansı xüsusiyyətlərə malik olması lazım olduğunu öyrənək. Əvvəlcə yayın 1-in elastik qüvvəsinin təsiri altında hamar üfüqi bir çubuq üzərində əyilmiş topun titrəyişlərini nəzərdən keçirmək ən əlverişlidir.
Topu tarazlıq vəziyyətindən (şəkil 3.3, a) bir qədər sağa hərəkət etdirsəniz, yayın uzunluğu artacaq (şək. 3.3, b) və yaydan gələn elastik qüvvə təsir göstərməyə başlayacaq. Top. Bu qüvvə Huk qanununa görə yayın deformasiyasına və köpüyün sola istiqamətinə mütənasibdir. Topu buraxsanız, elastik qüvvənin təsiri altında sürətini artıraraq sola sürətlə hərəkət etməyə başlayacaq. Bu vəziyyətdə elastik qüvvə azalacaq, çünki yayın deformasiyası azalır. Top tarazlıq vəziyyətinə çatdıqda yayın elastik qüvvəsi sıfıra bərabər olur. Beləliklə, Nyutonun ikinci qanununa görə, topun sürətlənməsi də sıfıra bərabər olacaqdır.
Bu zaman topun sürəti maksimum dəyərə çatacaq. Tarazlıq vəziyyətində dayanmadan, ətalətlə sola doğru hərəkət etməyə davam edəcək. Yay sıxılır. Nəticədə, sağa yönəldilmiş və topun hərəkətinə mane olan elastik bir qüvvə meydana çıxır (şəkil 3.3, c). Bu qüvvə və buna görə də sağa yönəldilmiş sürətlənmə, tarazlıq vəziyyətinə nisbətən topun x yerdəyişmə modulu ilə düz mütənasib olaraq böyüklükdə artır.
1 Şaquli yayda asılmış topun titrəyişlərinin təhlili bir qədər mürəkkəbdir. Bu zaman yayın dəyişən elastik qüvvəsi və sabit cazibə qüvvəsi eyni vaxtda hərəkət edir. Amma hər iki halda salınmaların təbiəti tamamilə eynidir.
Sürət topun həddindən artıq sol mövqeyində sıfır olana qədər azalacaq. Bundan sonra top sağa doğru sürətlənməyə başlayacaq. Azalan yerdəyişmə modulu x qüvvəsi ilə F nəzarət mütləq dəyərdə azalır və tarazlıq vəziyyətində yenidən sıfıra keçir. Ancaq bu anda top artıq sürət qazandı və buna görə də ətalətlə sağa doğru hərəkət etməyə davam edir. Bu hərəkət yayın uzanmasına və sola yönəldilmiş bir qüvvənin görünüşünə gətirib çıxarır. Topun hərəkəti həddindən artıq sağ vəziyyətdə tam dayanana qədər yavaşlayır, bundan sonra bütün proses yenidən təkrarlanır.
Sürtünmə olmasaydı, topun hərəkəti heç vaxt dayanmazdı. Bununla belə, sürtünmə və hava müqaviməti topun hərəkətinə mane olur. Top həm sağa, həm də sola hərəkət edərkən müqavimət qüvvəsinin istiqaməti həmişə sürət istiqamətinin əksinə olur. Hərəkət dayanana qədər onun salınımlarının həcmi tədricən azalacaq. Aşağı sürtünmə ilə sönüm yalnız top çox salındıqdan sonra nəzərə çarpır. Topun hərəkətini çox böyük olmayan bir zaman intervalı üzərində müşahidə etsəniz, salınımların söndürülməsinə laqeyd qala bilərsiniz. Bu halda, müqavimət qüvvəsinin gərginliyə təsirini nəzərə almamaq olar.
Müqavimət qüvvəsi böyükdürsə, qısa müddət ərzində belə onun hərəkətinə laqeyd yanaşmaq olmaz.
Topu bir yay üzərində viskoz maye, məsələn, qliserin olan bir stəkana qoyun (Şəkil 3.4). Yayın sərtliyi kiçikdirsə, tarazlıq mövqeyindən çıxarılan top heç bir şəkildə salınmayacaq. Elastik qüvvənin təsiri altında o, sadəcə olaraq tarazlıq vəziyyətinə qayıdacaqdır (Şəkil 3.4-də kəsikli xətt). Sürtünmə qüvvəsinin təsiri ilə onun tarazlıq vəziyyətində sürəti praktiki olaraq sıfır olacaqdır.
Sistemdə sərbəst rəqslərin baş verməsi üçün iki şərt yerinə yetirilməlidir. Birincisi, bir cismi tarazlıq vəziyyətindən çıxararkən, sistemdə tarazlıq vəziyyətinə doğru yönəlmiş və buna görə də cismi tarazlıq vəziyyətinə qaytarmağa meylli bir qüvvə yaranmalıdır. Nəzərdən keçirdiyimiz sistemdə yay məhz belə hərəkət edir (bax. Şəkil 3.3): top həm sola, həm də sağa hərəkət etdikdə elastik qüvvə tarazlıq vəziyyətinə doğru yönəlir. İkincisi, sistemdəki sürtünmə kifayət qədər aşağı olmalıdır. Əks halda, vibrasiya tez sönəcək. Sönümsüz salınımlar yalnız sürtünmə olmadıqda mümkündür.
1. Hansı vibrasiyalara sərbəst deyilir!
2. Sistemdə sərbəst rəqslər hansı şəraitdə baş verir?
3. Nə rəqslərə məcbur deyilir! Məcburi rəqslərə nümunələr verin.
Fizikada ən maraqlı mövzulardan biri salınımlardır. Mexanikanın tədqiqi onlarla, cisimlərin müəyyən qüvvələrin təsirinə məruz qaldıqda necə davranması ilə sıx bağlıdır. Beləliklə, salınımları öyrənərkən sarkaçları müşahidə edə, rəqs amplitudasının gövdənin asıldığı sapın uzunluğundan, yayın sərtliyindən və yükün ağırlığından asılılığını görə bilərik. Görünən sadəliyinə baxmayaraq, bu mövzu hər kəs üçün istədiyimiz qədər asan deyil. Buna görə də, vibrasiya, onların növləri və xassələri haqqında ən məşhur məlumatları toplamaq və sizin üçün bu mövzuda qısa bir xülasə tərtib etmək qərarına gəldik. Bəlkə də sizə faydalı olar.
Konsepsiyanın tərifi
Mexanik, elektromaqnit, sərbəst, məcburi titrəyişlər, onların təbiəti, xüsusiyyətləri və növləri, baş vermə şərtləri kimi anlayışlardan danışmazdan əvvəl bu anlayışı müəyyənləşdirmək lazımdır. Beləliklə, fizikada rəqs kosmosda bir nöqtə ətrafında vəziyyətin dəyişməsinin daim təkrarlanan prosesidir. Ən sadə nümunə sarkaçdır. Hər dəfə yellənəndə o, müəyyən şaquli nöqtədən kənara çıxır, əvvəl bir istiqamətə, sonra isə digər istiqamətə. Rəqəmlər və dalğalar nəzəriyyəsi hadisəni öyrənir.
Baş vermə səbəbləri və şərtləri
Hər hansı digər fenomen kimi, salınımlar yalnız müəyyən şərtlər yerinə yetirildikdə baş verir. Mexanik məcburi vibrasiya, sərbəst olanlar kimi, aşağıdakı şərtlər yerinə yetirildikdə yaranır:
1. Bədəni sabit tarazlıq vəziyyətindən çıxaran qüvvənin olması. Məsələn, hərəkətin başladığı riyazi sarkacın itələnməsi.
2. Sistemdə minimum sürtünmə qüvvəsinin olması. Bildiyiniz kimi, sürtünmə müəyyən fiziki prosesləri ləngidir. Sürtünmə qüvvəsi nə qədər çox olarsa, titrəmələrin baş vermə ehtimalı bir o qədər az olar.
3. Qüvvələrdən biri koordinatlardan asılı olmalıdır. Yəni cisim müəyyən nöqtəyə nisbətən müəyyən koordinat sistemindəki mövqeyini dəyişir.
Vibrasiya növləri
Bir rəqsin nə olduğunu başa düşdükdən sonra onların təsnifatını təhlil edək. Ən məşhur iki təsnifat var - fiziki təbiətə və ətraf mühitlə qarşılıqlı əlaqənin təbiətinə görə. Beləliklə, birinci meyara görə mexaniki və elektromaqnit titrəyişlər, ikinciyə görə isə sərbəst və məcburi vibrasiyalar fərqləndirilir. Öz-özünə salınımlar və sönümlü salınımlar da var. Ancaq biz yalnız ilk dörd növ haqqında danışacağıq. Gəlin onların hər birinə daha yaxından nəzər salaq, onların xüsusiyyətlərini öyrənək, həmçinin onların əsas xüsusiyyətlərinin çox qısa təsvirini verək.
Mexanik
Məktəb fizikası kursunda vibrasiyaların öyrənilməsi mexaniki vibrasiya ilə başlayır. Şagirdlər onlarla tanışlığa fizikanın mexanika kimi bir sahəsində başlayırlar. Qeyd edək ki, bu fiziki proseslər ətraf mühitdə baş verir və biz onları adi gözlə müşahidə edə bilərik. Bu cür salınımlarla bədən kosmosda müəyyən bir mövqedən keçərək dəfələrlə eyni hərəkəti edir. Belə salınımlara misal olaraq eyni sarkaçları, tüninq çəngəlinin və ya gitara siminin titrəməsini, ağacda yarpaqların və budaqların hərəkətini, yelləncəyi göstərmək olar.
Elektromaqnit
Mexanik titrəmələr anlayışı möhkəm qavranıldıqdan sonra strukturca daha mürəkkəb olan elektromaqnit titrəmələrin öyrənilməsinə başlanılır, çünki bu tip müxtəlif elektrik dövrələrində baş verir. Bu proses zamanı həm elektrik, həm də maqnit sahələrində salınımlar müşahidə olunur. Elektromaqnit salınımlarının bir az fərqli təbiətə malik olmasına baxmayaraq, onlar üçün qanunlar mexaniki olanlarla eynidir. Elektromaqnit salınımları ilə yalnız elektromaqnit sahəsinin gücü deyil, həm də yük və cərəyan gücü kimi xüsusiyyətləri dəyişə bilər. Sərbəst və məcburi elektromaqnit salınımlarının olduğunu da qeyd etmək lazımdır.
Pulsuz vibrasiya
Bu tip rəqs sistem sabit tarazlıq və ya istirahət vəziyyətindən çıxarıldıqda daxili qüvvələrin təsiri altında baş verir. Sərbəst rəqslər həmişə sönür, bu da onların amplitudasının və tezliyinin zamanla azalması deməkdir. Bu tip yelləncəklərin parlaq nümunəsi, ipdə asılmış və bir tərəfdən digər tərəfə salınan yükün hərəkətidir; yaya bərkidilmiş, ya cazibə qüvvəsinin təsiri ilə aşağı düşən, ya da yayın təsiri ilə yuxarı qalxan yük. Yeri gəlmişkən, fizikanı öyrənərkən məhz bu cür salınımlara diqqət yetirilir. Və problemlərin əksəriyyəti məcburi deyil, sərbəst vibrasiyaya həsr edilmişdir.
Məcburi
Bu cür prosesin məktəblilər tərəfindən o qədər də ətraflı öyrənilməməsinə baxmayaraq, təbiətdə ən çox rast gəlinən məcburi salınımlardır. Bu fiziki hadisənin kifayət qədər parlaq nümunəsi küləkli havada ağaclardakı budaqların hərəkəti ola bilər. Belə dalğalanmalar həmişə xarici amillərin və qüvvələrin təsiri altında baş verir və hər an yaranır.
Salınma Xüsusiyyətləri
Hər hansı digər proses kimi, salınımların da öz xüsusiyyətləri var. Salınım prosesinin altı əsas parametri var: amplituda, dövr, tezlik, faza, yerdəyişmə və siklik tezlik. Təbii ki, onların hər birinin öz təyinatları, həmçinin ölçü vahidləri var. Qısa təsvirə diqqət yetirərək onlara bir az daha ətraflı baxaq. Eyni zamanda, oxucunu çaşdırmamaq üçün bu və ya digər dəyəri hesablamaq üçün istifadə olunan düsturları təsvir etməyəcəyik.
Qərəz
Bunlardan birincisi yerdəyişmədir. Bu xarakteristika müəyyən bir zamanda bədənin tarazlıq nöqtəsindən kənara çıxmasını göstərir. Metr (m) ilə ölçülür, ümumi qəbul edilmiş təyinat x-dir.
Salınma amplitudası
Bu dəyər cismin tarazlıq nöqtəsindən ən böyük yerdəyişməsini göstərir. Söndürülməmiş salınım mövcud olduqda, sabit bir dəyərdir. Metrlə ölçülür, ümumi qəbul edilmiş təyinat x m-dir.
Salınma dövrü
Bir tam salınmanı tamamlamaq üçün lazım olan vaxtı göstərən başqa bir kəmiyyət. Ümumi qəbul edilmiş təyinat T, saniyələrlə ölçülür.
Tezlik
Haqqında danışacağımız son xüsusiyyət salınma tezliyidir. Bu dəyər müəyyən bir müddət ərzində salınanların sayını göstərir. Herts (Hz) ilə ölçülür və ν kimi işarələnir.
Sarkaçların növləri
Beləliklə, biz məcburi rəqsləri təhlil etdik, sərbəst rəqslərdən danışdıq, yəni sərbəst salınımları yaratmaq və öyrənmək üçün istifadə olunan sarkaç növlərini də qeyd etməliyik (məktəb şəraitində). Burada iki növü ayırd edə bilərik - riyazi və harmonik (bahar). Birincisi, ölçüsü l-ə (əsas əhəmiyyətli miqdar) bərabər olan, uzanmayan bir ipdən asılmış müəyyən bir bədəndir. İkincisi, yayına bərkidilmiş ağırlıqdır. Burada yükün kütləsini (m) və yayın sərtliyini (k) bilmək vacibdir.
nəticələr
Beləliklə, biz mexaniki və elektromaqnit titrəmələrin olduğunu anladıq, onlara qısa təsvir verdik, bu növ titrəmələrin baş vermə səbəblərini və şərtlərini təsvir etdik. Bu fiziki hadisələrin əsas xüsusiyyətləri haqqında bir neçə söz dedik. Məcburi və sərbəst vibrasiyaların olduğunu da anladıq. Onların bir-birindən nə ilə fərqləndiyini müəyyən etdik. Bundan əlavə, mexaniki titrəmələrin öyrənilməsində istifadə olunan sarkaçlar haqqında bir neçə söz söylədik. Ümid edirik ki, bu məlumat sizin üçün faydalı oldu.