Uslovi za nastanak slobodnih fluktuacija - Hipermarket znanja. Oscilacije: mehaničke i elektromagnetne. Slobodne i prisilne vibracije. Karakteristike Uslovi za postojanje mehaničkih vibracija
Predavanje. 1. Oscilacije. Oblik vibracija. Vrste vibracija. Klasifikacija. Karakteristike oscilatornog procesa. Uslovi za nastanak mehaničkih vibracija. Harmonične vibracije.
Oscilacije- proces promene stanja sistema oko tačke ravnoteže koji se ponavlja u jednom ili drugom stepenu tokom vremena. Oscilatorni procesi su široko rasprostranjeni u prirodi i tehnologiji, na primjer, njihanje klatna sata, naizmjenična električna struja itd. Fizička priroda oscilacija može biti različita, pa se razlikuju mehaničke, elektromagnetne itd. Oscilacije, međutim, različite oscilatorne. procesi su opisani istim karakteristikama i istim jednačinama. To implicira svrsishodnost jedinstvenog pristupa proučavanju oscilacija različite fizičke prirode.
Vibracioni oblik može biti drugačije.
Oscilacije se nazivaju periodičnim ako se vrijednosti fizičkih veličina koje se mijenjaju tokom procesa oscilovanja ponavljaju u pravilnim intervalima (slika 1). (Inače se oscilacije nazivaju aperiodične). Identifikovan je važan poseban slučaj harmonijskih oscilacija (slika 1).
Oscilacije koje se približavaju harmonijskim zovu se kvaziharmoničke.
Fig.1. Vrste vibracija
Oscilacije različite fizičke prirode imaju mnogo zajedničkih obrazaca i usko su povezane s valovima. Generalizirana teorija oscilacija i valova proučava ove obrasce. Osnovna razlika od talasa: tokom oscilacija nema prenosa energije, to su lokalne, "lokalne" transformacije energije.
Vrste oklevanje. Oscilacije variraju po prirodi sam:
mehanički(pokret, zvuk, vibracija),
elektromagnetna(na primjer, vibracije u oscilatornom krugu, rezonator šupljine , fluktuacije jačine električnih i magnetnih polja u radio talasima, talasima vidljive svetlosti i bilo kojim drugim elektromagnetnim talasima),
elektromehanički(vibracije telefonske membrane, piezokvarca ili magnetostriktivnog ultrazvučnog emitera) ;
hemijski(fluktuacije u koncentraciji reagujućih supstanci tokom tzv. periodičnih hemijskih reakcija);
termodinamički(na primjer, takozvani raspjevani plamen itd. termalni samooscilacije koje se mogu naći u akustici, kao iu nekim vrstama mlaznih motora);
oscilatorni procesi u prostoru(od velikog interesa u astrofizici su fluktuacije u sjaju zvezda Cefeida (pulsirajuće promenljive superdžinovske zvezde koje menjaju sjaj sa amplitudom od 0,5 do 2 magnitude i periodom od 1 do 50 dana);
Dakle, oscilacije pokrivaju ogromno područje fizičkih pojava i tehničkih procesa.
Klasifikacija vibracija prema prirodi interakcije sa okolinom :
besplatno (ili vlastito)- to su oscilacije u sistemu pod uticajem unutrašnjih sila, nakon što se sistem izvede iz ravnoteže (u realnim uslovima slobodne oscilacije su skoro uvek prigušene).
Na primjer, vibracije tereta na oprugu, klatno, most, brod na valu, strunu; fluktuacije plazme, gustine i pritiska vazduha tokom širenja elastičnih (akustičnih) talasa u njoj.
Da bi slobodne oscilacije bile harmonijske, neophodno je da oscilatorni sistem bude linearan (opisan linearnim jednačinama kretanja), i da u njemu nema disipacije energije (ovo poslednje izaziva slabljenje).
prisiljen- oscilacije koje se javljaju u sistemu pod uticajem spoljašnjeg periodičnog uticaja. Kod prisilnih oscilacija može doći do pojave rezonancije: oštrog povećanja amplitude oscilacija kada se prirodna frekvencija oscilatora poklapa s frekvencijom vanjskog utjecaja.
samooscilacije- oscilacije u kojima sistem ima rezervu potencijalne energije koja se troši na oscilacije (primjer takvog sistema je mehanički sat). Karakteristična razlika između samooscilacija i slobodnih oscilacija je u tome što je njihova amplituda određena svojstvima samog sistema, a ne početnim uslovima.
parametarski- oscilacije koje nastaju kada se bilo koji parametar oscilatornog sistema promijeni kao rezultat vanjskog utjecaja,
nasumično- oscilacije u kojima je vanjsko ili parametarsko opterećenje slučajan proces,
povezane vibracije- međusobno slobodne vibracije povezani sistemi, koji se sastoji od međusobno povezanih jednostrukih oscilatornih sistema. Povezane fluktuacije imaju složen izgled zbog činjenice da vibracije u jednom sistemu utiču na vibracije u drugom kroz sprezanje (općenito disipativno i nelinearno)
oscilacije u strukturama sa raspoređenim parametrima(duge linije, rezonatori),
fluktuacija, koji nastaje kao rezultat toplinskog kretanja materije.
Uslovi za nastanak oscilacija.
1. Da bi došlo do oscilacije u sistemu, potrebno ga je ukloniti iz njegovog ravnotežnog položaja. Na primjer, za klatno, dajući mu kinetičku (udar, guranje) ili potencijalnu (otklon tijela) energiju.
2. Kada se tijelo ukloni iz stabilnog ravnotežnog položaja, pojavljuje se rezultantna sila usmjerena prema ravnotežnom položaju.
Sa energetske tačke gledišta, to znači da nastaju uslovi za konstantan prelaz (kinetička energija u potencijalnu energiju, energija električnog polja u energiju magnetnog polja i obrnuto.
3. Gubici energije sistema zbog prelaska na druge vrste energije (često toplotne) su mali.
Karakteristike oscilatornog procesa.
Na slici 1 prikazan je graf periodičnih promjena funkcije F(x), koju karakteriziraju sljedeći parametri:
Amplituda - maksimalno odstupanje fluktuirajuće veličine od neke prosječne vrijednosti za sistem.
Period - najkraći vremenski period kroz koji se ponavljaju bilo koji indikatori stanja sistema(sistem pravi jednu potpunu oscilaciju), T(c).
“Fizičko i matematičko klatno” - Uobičajeno je razlikovati: Prezentaciju na temu: “Klatno”. Matematičko klatno. Izvodi Tatjana Junčenko. Matematičko klatno fizičko klatno. Klatno.
“Rezonancija zvuka” - Ista stvar se dešava sa dvije jednako podešene žice. Prenošenjem gudala duž jedne tetive, izazvaćemo vibracije na drugoj. Postavite jednu viljušku na vibraciju, primijetit ćete da će druga kamera sama zvučati. Koncept. Pripremila: Velikaja Julija Proverila: Sergejeva Elena Evgenijevna Opštinska obrazovna ustanova „Srednja škola br. 36“ 2011.
“Oscilirajuće kretanje” - Krajnji lijevi položaj. Swing. Primjeri oscilatornih kretanja. Uslovi za nastanak oscilacija. Amplitudni pomak. V=max a=0 m/s?. Igla za šivaću mašinu. Oscilatorno kretanje. Položaj ravnoteže. Grane drveća. V=0 m/s a=maks. Krajnja desna pozicija. Auto opruge. Klatno za sat. Osobina oscilatornog kretanja.
“Lekcija o mehaničkim vibracijama” - Vrste klatna. Prema položaju ravnoteže. Besplatne vibracije. G. Klin, Moskovska oblast 2012. Primjer: klatno. Vrste oscilatornih sistema 3. Glavno svojstvo oscilatornih sistema 4. Slobodne vibracije. Prezentacija za čas fizike. Završila: nastavnica fizike Ljudmila Antonevna Demašova. 6. Oscilatorni sistem je sistem tela koji je sposoban da vrši oscilatorna kretanja.
“Ljuljanje klatna” - kosinus. “Svijet u kojem živimo je iznenađujuće sklon fluktuacijama” R. Bishop. Vrste vibracija. Osnovne karakteristike oscilatornog procesa (kretanja). Matematički i testovi opružnog klatna. 7. Teg okačen na oprugu izvučen je iz ravnotežnog položaja i pušten. Mjerna jedinica (sekunde s).
“Fizika mehaničkih vibracija” - Hajde da pričamo o vibracijama... Parametri mehaničkih vibracija. Pokazuje maksimalni pomak tijela iz ravnotežnog položaja. Oscilatorni sistemi. “U dvorcu je bio veseli bal, muzičari su pjevali. Period. Video zadatak. Bazhina G.G. – nastavnik fizike u Opštinskoj obrazovnoj ustanovi „GIMNAZIJA br. 11“ u Krasnojarsku. Povjetarac u bašti zaljuljao je laganu ljuljašku" Konstantin Balmont.
U ovoj temi ima ukupno 14 prezentacija
2. Moment inercije i njegov proračun
Prema definiciji, moment inercije tijela u odnosu na osu jednak je zbiru proizvoda masa čestica kvadratima njihovih udaljenosti do ose rotacije ili
Međutim, ova formula nije prikladna za izračunavanje momenta inercije; budući da se masa čvrstog tijela kontinuirano distribuira, zbir treba zamijeniti integralom. Stoga, da bi se izračunao moment inercije, tijelo se dijeli na beskonačno male zapremine dV sa masom dm=dV. Onda
gdje je R udaljenost elementa dV od ose rotacije.
Ako je poznat moment inercije I C oko ose koja prolazi kroz centar mase, onda se lako može izračunati moment inercije oko bilo koje paralelne ose O koja prolazi na udaljenosti d od centra mase ili
I O = I C + md 2,
Ovaj omjer se zove Steinerova teorema: moment inercije tijela u odnosu na proizvoljnu osu jednak je zbroju momenta inercije u odnosu na osu koja joj je paralelna i koja prolazi kroz centar mase i umnožak mase tijela na kvadrat udaljenosti između osovina.
3. Kinetička energija rotacije
Kinetička energija krutog tijela koje rotira oko fiksne ose
Diferencirajući formulu s obzirom na vrijeme, dobijamo zakon promjene kinetičke energije krutog tijela koje rotira oko fiksne ose:
–
brzina promjene kinetičke energije rotacionog kretanja jednaka je snazi momenta sile.
dK rotacija =M Z Z dt=M Z d K K 2 -K 1 =
one. promjena kinetičke energije rotacije jednaka je radu koji obavlja obrtni moment.
4. Ravno kretanje
Kretanje krutog tijela u kojem se centar mase kreće u fiksnoj ravni, a osa njegove rotacije koja prolazi kroz centar mase ostaje okomita na ovu ravan naziva se ravno kretanje. Ovo kretanje se može svesti na kombinaciju translacionog kretanja i rotacije okolo fiksna (fiksna) os, budući da u C-sistemu osa rotacije zapravo ostaje nepokretna. Stoga je kretanje u ravnini opisano pojednostavljenim sistemom od dvije jednačine kretanja:
Kinetička energija tijela koje se kreće u ravnini bit će:
i na kraju
,
budući da je u ovom slučaju i " brzina rotacije i-te tačke oko fiksne ose.
Oscilacije
1. Harmonski oscilator
Oscilacije U principu, pokreti koji se ponavljaju tokom vremena nazivaju se.
Ako ova ponavljanja slijede u pravilnim intervalima, tj. x(t+T)=x(t), tada se oscilacije pozivaju periodično. Sistem koji pravi
vibracije se nazivaju oscilator. Oscilacije koje sistem, prepušten sam sebi, pravi nazivaju se prirodnim, a frekvencija oscilacija u ovom slučaju je prirodna frekvencija.
Harmonične vibracije vibracije koje se javljaju prema zakonu sin ili cos se nazivaju. Na primjer,
x(t)=A cos(t+ 0),
gdje je x(t) pomak čestice iz ravnotežnog položaja, A je maksimum
offset ili amplituda, t+ 0 -- faza oscilacije, 0 -- početna faza (pri t=0), 
-- ciklička frekvencija, je jednostavno frekvencija oscilovanja.
Sistem koji vrši harmonijske oscilacije naziva se harmonijski oscilator. Važno je da su amplituda i frekvencija harmonijskih oscilacija konstantne i nezavisne jedna od druge.
Uslovi za pojavu harmonijskih oscilacija: na česticu (ili sistem čestica) mora djelovati sila ili moment sile proporcionalan pomaku čestice iz ravnotežnog položaja i
pokušava da ga vrati u položaj ravnoteže. Takva sila (ili moment sile)
pozvao kvazielastična; ima oblik , gdje se k naziva kvazi krutost.
Konkretno, to može biti jednostavno elastična sila koja vibrira opružno klatno koje oscilira duž x ose. Jednačina gibanja takvog klatna ima oblik:
ili 
,
gdje se uvodi oznaka.
Direktnom zamjenom to je lako provjeriti rješavanjem jednačine
je funkcija
x=A cos( 0 t+ 0),
gdje je A i 0 -- konstante, da odredite koje trebate navesti dva početni uslovi: pozicija x(0)=x 0 čestice i njena brzina v x (0)=v 0 u početnom (nultom) trenutku vremena.
Ova jednačina je dinamička jednačina bilo koje
harmonijske vibracije sa prirodnom frekvencijom 0. Za težinu
period oscilovanja opružnog klatna
.
2. Fizička i matematička klatna
Fizičko klatno- je svako fizičko tijelo koje izvodi
oscilacije oko ose koja ne prolazi kroz centar mase u polju gravitacije.
Da bi prirodne oscilacije sistema bile harmonijske, potrebno je da amplituda ovih oscilacija bude mala. Inače, isto važi i za oprugu: F kontrola = -kx samo za male deformacije opruge x.
Period oscilovanja određuje se formulom:
.
Imajte na umu da je kvazielastični moment ovdje moment gravitacije
M i = - mgd , proporcionalno ugaonoj devijaciji .
Poseban slučaj fizičkog klatna je matematičko klatno-- tačkasta masa okačena na bestežinski nerastegljivi konac dužine l. Period male fluktuacije matematičko klatno
3. Prigušene harmonijske oscilacije
U realnoj situaciji, disipativne sile (viskozno trenje, otpor okoline) uvijek djeluju na oscilator iz okoline.
, koji usporavaju kretanje. Jednačina kretanja tada poprima oblik:
.
Označavajući i , dobijamo dinamičku jednačinu prirodnih prigušenih harmonijskih oscilacija:
.
Kao i kod neprigušenih oscilacija, ovo je opći oblik jednačine.
Ako srednji otpor nije previsok
Funkcija 
predstavlja eksponencijalno opadajuću amplitudu oscilacija. Ovo smanjenje amplitude naziva se opuštanje(slabljenje) vibracija, a se zove koeficijent slabljenja oklevanje.
Vrijeme tokom kojeg se amplituda oscilacija smanjuje za e=2,71828 puta,
pozvao vrijeme opuštanja.
Pored koeficijenta slabljenja, uvodi se još jedna karakteristika,
pozvao logaritamski dekrement prigušenja-- to je prirodno
logaritam omjera amplituda (ili pomaka) tokom perioda:
.
Frekvencija prirodnih prigušenih oscilacija
zavisi ne samo od veličine kvazielastične sile i telesne mase, već i od
otpornost na životnu sredinu.
4. Sabiranje harmonijskih vibracija
Razmotrimo dva slučaja takvog sabiranja.
a) Oscilator učestvuje u dva međusobno okomite fluktuacije.
U ovom slučaju dvije kvazielastične sile djeluju duž osa x i y. Onda
Da bi se pronašla putanja oscilatora, vrijeme t treba isključiti iz ovih jednačina.
Najlakši način da to učinite je ako više frekvencija:
Gdje su n i m cijeli brojevi.
U ovom slučaju, putanja oscilatora će biti neka zatvoreno kriva zove Lissajousova figura.
Primjer: frekvencije oscilacija u x i y su iste ( 1 = 2 =), a razlika u fazama oscilovanja 
(radi jednostavnosti stavimo 1 =0).
.
Odavde nalazimo: 
-- Lissajousova figura će biti elipsa.
b) Oscilator osciluje jedan smjer.
Neka za sada postoje dvije takve oscilacije; Onda
gdje i 
-- faze oscilovanja.
Vrlo je nezgodno dodavati vibracije analitički, posebno kada jesu
ne dva, već nekoliko; stoga se obično koristi geometrijski metoda vektorskog dijagrama.
5. Prisilne vibracije
Prisilne vibracije nastaju prilikom djelovanja na oscilator
spoljna periodična sila koja se menja u skladu sa harmonijskim zakonom
sa frekvencijom ekst: 
.
Dinamička jednadžba prisilnih oscilacija:
Za stabilna oscilacija rješenje jednadžbe je harmonijska funkcija:
gdje je A amplituda prisilnih oscilacija, a fazno kašnjenje
od ubedljive sile.
Amplituda prisilnih oscilacija u stabilnom stanju:
Fazno zaostajanje stabilnih prisilnih oscilacija od eksternih
pokretačka snaga:
.
\hs Dakle: dolazi do prisilnih oscilacija u stabilnom stanju
sa konstantnom, vremenski nezavisnom amplitudom, tj. nemoj nestati
uprkos otporu okoline. To se objašnjava činjenicom da rad
dolazi do vanjske sile
povećanje mehaničke energije oscilatora i potpuno kompenzira
njegovo smanjenje, nastalo zbog djelovanja sile disipativne otpornosti
6. Rezonancija
Kao što se može vidjeti iz formule, amplituda prisilnih oscilacija
I ekst zavisi od frekvencije vanjske pokretačke sile ekst. Graf ove veze se zove rezonantna kriva ili amplitudno-frekvencijski odziv oscilatora.
Naziva se vrijednost frekvencije vanjske sile pri kojoj amplituda oscilacija postaje maksimalna rezonantna frekvencija res, i naglo povećanje amplitude pri in = res -- rezonancija.
Uslov rezonancije će biti uslov ekstremuma funkcije A( ext):
.
Rezonantna frekvencija oscilatora određena je izrazom:
.
U ovom slučaju, rezonantna vrijednost amplitude prisilnih oscilacija
Količina koja karakteriše rezonantni odziv sistema naziva se faktor kvaliteta oscilator.
Naprotiv, sa dovoljno velikim otporom 
nikakva rezonancija neće biti primećena.
Osnove specijalne teorije relativnosti. molekularni
>> Uslovi za nastanak slobodnih oscilacija
§ 19 USLOVI ZA POJAVU SLOBODNIH VIBRACIJA
Hajde da saznamo koja svojstva sistem mora imati da bi se u njemu pojavile slobodne oscilacije. Najprikladnije je prvo razmotriti vibracije lopte nanizane na glatku horizontalnu šipku pod djelovanjem elastične sile opruge 1.
Ako loptu malo pomerite iz ravnotežnog položaja (slika 3.3, a) udesno, tada će se dužina opruge povećati za (slika 3.3, b), a elastična sila iz opruge će početi da deluje na loptu. Ova sila, prema Hookeovom zakonu, proporcionalna je deformaciji opruge i smjeru pjene ulijevo. Ako pustite loptu, tada će se pod djelovanjem elastične sile početi kretati ubrzanjem ulijevo, povećavajući svoju brzinu. U tom slučaju, sila elastičnosti će se smanjiti, jer se deformacija opruge smanjuje. U trenutku kada lopta dostigne ravnotežni položaj, elastična sila opruge postaje jednaka nuli. Prema tome, prema drugom Newtonovom zakonu, ubrzanje lopte također će postati nula.
U ovom trenutku, brzina lopte će dostići svoju maksimalnu vrednost. Bez zaustavljanja u ravnotežnom položaju, nastavit će se kretati ulijevo po inerciji. Opruga je komprimirana. Kao rezultat toga, pojavljuje se elastična sila, usmjerena udesno i koči kretanje lopte (slika 3.3, c). Ova sila, a samim tim i ubrzanje usmjereno udesno, raste u veličini direktno proporcionalno modulu pomaka x lopte u odnosu na ravnotežni položaj.
1 Analiza vibracija lopte okačene na vertikalnu oprugu je nešto složenija. U tom slučaju promjenljiva elastična sila opruge i konstantna sila gravitacije djeluju istovremeno. Ali priroda oscilacija u oba slučaja je potpuno ista.
Brzina će se smanjivati sve dok u krajnjem lijevom položaju lopte ne postane nula. Nakon toga, lopta će početi ubrzavati udesno. Sa smanjenjem modula pomaka x sila F kontrola smanjuje apsolutnu vrijednost i u ravnotežnom položaju ponovo ide na nulu. Ali do ovog trenutka lopta je već stekla brzinu i stoga po inerciji nastavlja da se kreće udesno. Ovo kretanje dovodi do istezanja opruge i pojave sile usmjerene ulijevo. Kretanje lopte se usporava dok se potpuno ne zaustavi u krajnjem desnom položaju, nakon čega se cijeli proces ponavlja iznova.
Da nije bilo trenja, kretanje lopte nikada ne bi prestalo. Međutim, trenje i otpor zraka sprječavaju kretanje lopte. Smjer sile otpora i kada se lopta kreće udesno i kada se kreće ulijevo uvijek je suprotan smjeru brzine. Obim njegovih oscilacija će se postepeno smanjivati sve dok se kretanje ne zaustavi. Kod malog trenja, prigušivanje postaje primjetno tek nakon što lopta mnogo oscilira. Ako promatrate kretanje lopte u ne baš velikom vremenskom intervalu, tada se prigušenje oscilacija može zanemariti. U tom slučaju se može zanemariti utjecaj sile otpora na napon.
Ako je sila otpora velika, njeno djelovanje se ne može zanemariti čak ni u kratkim vremenskim intervalima.
Stavite loptu na oprugu u čašu sa viskoznom tečnošću, na primer glicerinom (slika 3.4). Ako je krutost opruge mala, tada lopta uklonjena iz ravnotežnog položaja uopće neće oscilirati. Pod dejstvom elastične sile, jednostavno će se vratiti u svoj ravnotežni položaj (isprekidana linija na slici 3.4). Zbog djelovanja sile otpora, njena brzina u ravnotežnom položaju bit će praktički nula.
Da bi se u sistemu pojavile slobodne oscilacije moraju biti ispunjena dva uslova. Prvo, prilikom pomeranja tela iz ravnotežnog položaja, u sistemu mora nastati sila usmerena ka ravnotežnom položaju i stoga teži da vrati telo u ravnotežni položaj. Upravo ovako djeluje opruga u sistemu koji smo razmatrali (vidi sliku 3.3): kada se lopta kreće i lijevo i desno, elastična sila je usmjerena prema ravnotežnom položaju. Drugo, trenje u sistemu treba da bude prilično malo. U suprotnom, vibracije će brzo nestati. Neprigušene oscilacije su moguće samo u odsustvu trenja.
1. Koje se vibracije nazivaju slobodnim!
2. Pod kojim uslovima se javljaju slobodne oscilacije u sistemu?
3. Koje oscilacije se nazivaju prinudnim! Navedite primjere prisilnih oscilacija.
Jedna od najzanimljivijih tema u fizici su oscilacije. S njima je usko povezano proučavanje mehanike, kako se tijela ponašaju kada na njih djeluju određene sile. Tako, proučavajući oscilacije, možemo uočiti klatna, vidjeti ovisnost amplitude oscilacije o dužini niti na kojoj tijelo visi, o krutosti opruge i težini tereta. Unatoč prividnoj jednostavnosti, ova tema nije laka za svakoga koliko bismo željeli. Stoga smo odlučili prikupiti najpoznatije informacije o vibracijama, njihovim vrstama i svojstvima te sastaviti za vas kratak sažetak na ovu temu. Možda će vam biti od koristi.
Definicija pojma
Prije nego što govorimo o pojmovima kao što su mehaničke, elektromagnetne, slobodne, prisilne vibracije, njihovoj prirodi, karakteristikama i vrstama, uslovima nastanka, potrebno je definisati ovaj pojam. Dakle, u fizici, oscilacija je stalno ponavljajući proces promjene stanja oko jedne tačke u prostoru. Najjednostavniji primjer je klatno. Svaki put kada oscilira, odstupa od određene vertikalne tačke, prvo u jednom smjeru, zatim u drugom. Teorija oscilacija i talasa proučava ovaj fenomen.
Uzroci i uslovi nastanka
Kao i svaka druga pojava, oscilacije nastaju samo ako su ispunjeni određeni uslovi. Mehaničke prisilne vibracije, poput slobodnih, nastaju kada su ispunjeni sljedeći uvjeti:
1. Prisutnost sile koja izvlači tijelo iz stanja stabilne ravnoteže. Na primjer, pritisak matematičkog klatna, pri kojem počinje kretanje.
2. Prisustvo minimalne sile trenja u sistemu. Kao što znate, trenje usporava određene fizičke procese. Što je veća sila trenja, manja je vjerovatnoća da će se pojaviti vibracije.
3. Jedna od sila mora zavisiti od koordinata. To jest, tijelo mijenja svoj položaj u određenom koordinatnom sistemu u odnosu na određenu tačku.
Vrste vibracija
Pošto smo shvatili šta je oscilacija, analizirajmo njihovu klasifikaciju. Postoje dvije najpoznatije klasifikacije - po fizičkoj prirodi i po prirodi interakcije sa okolinom. Dakle, prema prvom kriteriju razlikuju se mehaničke i elektromagnetne vibracije, a prema drugom slobodne i prisilne vibracije. Postoje i samooscilacije i prigušene oscilacije. Ali mi ćemo govoriti samo o prve četiri vrste. Pogledajmo pobliže svaki od njih, saznamo njihove karakteristike, a također damo vrlo kratak opis njihovih glavnih karakteristika.
Mehanički
Sa mehaničkim vibracijama počinje proučavanje vibracija u školskom kursu fizike. Učenici počinju svoje upoznavanje s njima u grani fizike kao što je mehanika. Imajte na umu da se ovi fizički procesi dešavaju u okolini, a možemo ih posmatrati golim okom. Sa takvim oscilacijama, tijelo više puta čini isti pokret, prolazeći određenu poziciju u prostoru. Primjeri takvih oscilacija su ista klatna, vibracija viljuške ili žice gitare, kretanje lišća i grana na drvetu, zamah.
Elektromagnetski
Nakon što je koncept mehaničkih vibracija čvrsto shvaćen, počinje proučavanje elektromagnetnih vibracija, koje su složenije strukture, jer se ova vrsta javlja u različitim električnim krugovima. Tokom ovog procesa uočavaju se oscilacije u električnim i magnetnim poljima. Unatoč činjenici da elektromagnetske oscilacije imaju nešto drugačiju prirodu pojave, zakoni za njih su isti kao i za mehaničke. Kod elektromagnetnih oscilacija ne može se promijeniti samo jačina elektromagnetnog polja, već i karakteristike kao što su naboj i jačina struje. Također je važno napomenuti da postoje slobodne i prisilne elektromagnetne oscilacije.
Besplatne vibracije
Ova vrsta oscilovanja nastaje pod uticajem unutrašnjih sila kada se sistem ukloni iz stanja stabilne ravnoteže ili mirovanja. Slobodne oscilacije su uvijek prigušene, što znači da se njihova amplituda i frekvencija vremenom smanjuju. Upečatljiv primjer ove vrste ljuljanja je kretanje tereta okačenog na konac i koji oscilira s jedne strane na drugu; teret pričvršćen za oprugu, koji ili pada pod uticajem gravitacije, ili se podiže pod dejstvom opruge. Inače, upravo se na takve oscilacije obraća pažnja prilikom proučavanja fizike. I većina problema je posvećena slobodnim vibracijama, a ne prisilnim.
Prisilno
Unatoč činjenici da se ovakav proces ne proučava tako detaljno od strane školaraca, u prirodi se najčešće nalaze prisilne oscilacije. Prilično upečatljiv primjer ovog fizičkog fenomena može biti kretanje grana po drveću po vjetrovitom vremenu. Takve fluktuacije uvijek nastaju pod utjecajem vanjskih faktora i sila, a nastaju u svakom trenutku.
Oscilacijske karakteristike
Kao i svaki drugi proces, oscilacije imaju svoje karakteristike. Postoji šest glavnih parametara oscilatornog procesa: amplituda, period, frekvencija, faza, pomak i ciklična frekvencija. Naravno, svaki od njih ima svoje oznake, kao i mjerne jedinice. Pogledajmo ih malo detaljnije, fokusirajući se na kratak opis. Istovremeno, nećemo opisivati formule koje se koriste za izračunavanje ove ili one vrijednosti, kako ne bismo zbunili čitaoca.
Bias
Prvi od njih je raseljavanje. Ova karakteristika pokazuje odstupanje tijela od ravnotežne tačke u datom trenutku. Mjeri se u metrima (m), općeprihvaćena oznaka je x.
Amplituda oscilacije
Ova vrijednost označava najveći pomak tijela od ravnotežne tačke. U prisustvu neprigušenih oscilacija, to je konstantna vrijednost. Mjeri se u metrima, općeprihvaćena oznaka je x m.
Period oscilacije
Još jedna veličina koja označava vrijeme potrebno da se završi jedna potpuna oscilacija. Općenito prihvaćena oznaka je T, mjereno u sekundama (s).
Frekvencija
Posljednja karakteristika o kojoj ćemo govoriti je frekvencija oscilovanja. Ova vrijednost označava broj oscilacija u određenom vremenskom periodu. Mjeri se u hercima (Hz) i označava se kao ν.
Vrste klatna
Dakle, analizirali smo prinudne oscilacije, govorili o slobodnim oscilacijama, što znači da treba spomenuti i tipove klatna koji se koriste za stvaranje i proučavanje slobodnih oscilacija (u školskim uslovima). Ovdje možemo razlikovati dvije vrste - matematički i harmonijski (opružni). Prvo je određeno tijelo obješeno na nerastavljivu nit, čija je veličina jednaka l (glavna značajna količina). Drugi je uteg pričvršćen za oprugu. Ovdje je važno znati masu tereta (m) i krutost opruge (k).
zaključci
Dakle, otkrili smo da postoje mehaničke i elektromagnetne vibracije, dali smo ih ukratko, opisali uzroke i uslove za nastanak ovih vrsta vibracija. Rekli smo nekoliko riječi o glavnim karakteristikama ovih fizičkih pojava. Također smo otkrili da postoje prisilne i slobodne vibracije. Utvrdili smo po čemu se razlikuju jedni od drugih. Osim toga, rekli smo nekoliko riječi o klatnama koje se koriste u proučavanju mehaničkih vibracija. Nadamo se da su vam ove informacije bile korisne.