Syarat berlakunya turun naik percuma - Knowledge Hypermarket. Ayunan: mekanikal dan elektromagnet. Getaran bebas dan paksa. Ciri-ciri Syarat kewujudan getaran mekanikal
Syarahan. 1. Ayunan. Bentuk getaran. Jenis-jenis getaran. Pengelasan. Ciri-ciri proses berayun. Keadaan untuk berlakunya getaran mekanikal. Getaran harmonik.
Ayunan- satu proses menukar keadaan sistem di sekeliling titik keseimbangan yang diulang kepada satu darjah atau yang lain dari semasa ke semasa. Proses berayun meluas dalam alam semula jadi dan teknologi, sebagai contoh, ayunan bandul jam, arus elektrik berselang-seli, dll. Sifat fizikal ayunan boleh berbeza, oleh itu, ayunan mekanikal, elektromagnet, dll. Walau bagaimanapun, ayunan yang berbeza proses diterangkan oleh ciri-ciri yang sama dan persamaan yang sama. Ini membayangkan kesesuaian pendekatan bersatu untuk mengkaji ayunan pelbagai sifat fizikal.
Borang getaran mungkin berbeza.
Ayunan dipanggil berkala jika nilai kuantiti fizik yang berubah semasa proses ayunan diulang pada selang masa yang tetap (Rajah 1). (Jika tidak, ayunan dipanggil aperiodik). Satu kes khas ayunan harmonik yang penting dikenal pasti (Rajah 1).
Ayunan yang menghampiri harmonik dipanggil quasi-harmonic.
Rajah 1. Jenis-jenis getaran
Ayunan pelbagai sifat fizikal mempunyai banyak corak biasa dan berkait rapat dengan gelombang. Teori umum ayunan dan gelombang mengkaji corak ini. Perbezaan asas daripada gelombang: semasa ayunan tiada pemindahan tenaga ini adalah transformasi tenaga "tempatan" tempatan.
Jenis teragak-agak. Ayunan berbeza-beza Saya secara semula jadi:
mekanikal(pergerakan, bunyi, getaran),
elektromagnet(contohnya, getaran dalam litar berayun, resonator rongga , turun naik dalam kekuatan medan elektrik dan magnet dalam gelombang radio, gelombang cahaya yang boleh dilihat dan sebarang gelombang elektromagnet lain),
elektromekanikal(getaran membran telefon, piezoquartz atau pemancar ultrasound magnetostrictive) ;
kimia(turun naik dalam kepekatan bahan bertindak balas semasa tindak balas kimia berkala yang dipanggil);
termodinamik(contohnya, apa yang dipanggil nyala api nyanyian, dsb. terma ayunan sendiri yang terdapat dalam akustik, serta dalam beberapa jenis enjin jet);
proses berayun di angkasa(minat besar dalam astrofizik ialah turun naik dalam kecerahan bintang Cepheid (bintang supergergasi boleh ubah berdenyut yang menukar kecerahan dengan amplitud dari 0.5 hingga 2 magnitud dan tempoh dari 1 hingga 50 hari);
Oleh itu, ayunan meliputi kawasan besar fenomena fizikal dan proses teknikal.
Pengelasan getaran mengikut sifat interaksi dengan persekitaran :
percuma (atau sendiri)- ini adalah ayunan dalam sistem di bawah pengaruh daya dalaman, selepas sistem dibawa keluar dari keseimbangan (dalam keadaan sebenar, ayunan bebas hampir selalu diredam).
Contohnya, getaran beban pada spring, bandul, jambatan, kapal di atas ombak, tali; turun naik dalam plasma, ketumpatan dan tekanan udara semasa perambatan gelombang elastik (akustik) di dalamnya.
Untuk ayunan bebas menjadi harmonik, sistem ayunan perlulah linear (diterangkan oleh persamaan gerakan linear), dan tiada pelesapan tenaga di dalamnya (yang terakhir menyebabkan pengecilan).
terpaksa- ayunan yang berlaku dalam sistem di bawah pengaruh pengaruh berkala luaran. Dengan ayunan paksa, fenomena resonans mungkin berlaku: peningkatan mendadak dalam amplitud ayunan apabila frekuensi semula jadi pengayun bertepatan dengan frekuensi pengaruh luaran.
ayunan diri- ayunan di mana sistem mempunyai rizab tenaga berpotensi yang dibelanjakan untuk ayunan (contoh sistem sedemikian ialah jam tangan mekanikal). Perbezaan ciri antara ayunan diri dan ayunan bebas ialah amplitudnya ditentukan oleh sifat sistem itu sendiri, dan bukan oleh keadaan awal.
parametrik- ayunan yang berlaku apabila mana-mana parameter sistem berayun berubah akibat pengaruh luaran,
rawak- ayunan di mana beban luaran atau parametrik adalah proses rawak,
getaran yang berkaitan- getaran bebas bersama sistem bersambung, yang terdiri daripada sistem ayunan tunggal yang berinteraksi. Turun naik yang berkaitan mempunyai rupa yang kompleks disebabkan oleh fakta bahawa getaran dalam satu sistem mempengaruhi getaran dalam sistem lain melalui gandingan (biasanya dissipatif dan tidak linear)
ayunan dalam struktur dengan parameter teragih(garisan panjang, resonator),
turun naik, berlaku akibat pergerakan haba jirim.
Keadaan untuk berlakunya ayunan.
1. Untuk ayunan berlaku dalam sistem, adalah perlu untuk mengeluarkannya daripada kedudukan keseimbangannya. Contohnya, untuk bandul, memberikannya tenaga kinetik (kesan, tolakan) atau potensi (pesongan badan).
2. Apabila jasad dialihkan daripada kedudukan keseimbangan yang stabil, daya paduan timbul menuju ke arah kedudukan keseimbangan.
Dari sudut pandangan tenaga, ini bermakna keadaan timbul untuk peralihan yang berterusan (tenaga kinetik kepada tenaga potensi, tenaga medan elektrik kepada tenaga medan magnet dan sebaliknya.
3. Kehilangan tenaga sistem disebabkan oleh peralihan kepada jenis tenaga lain (selalunya tenaga haba) adalah kecil.
Ciri-ciri proses berayun.
Rajah 1 menunjukkan graf perubahan berkala dalam fungsi F(x), yang dicirikan oleh parameter berikut:
Amplitud - sisihan maksimum kuantiti turun naik daripada beberapa nilai purata untuk sistem.
Tempoh - tempoh masa terpendek di mana mana-mana penunjuk keadaan sistem diulang(sistem membuat satu ayunan lengkap), T(c).
"Pendulum fizikal dan matematik" - Adalah lazim untuk membezakan: Pembentangan mengenai topik: "Pendulum". Bandul matematik. Dipersembahkan oleh Tatyana Yunchenko. Bandul matematik bandul fizikal. Bandul.
"Resonans bunyi" - Perkara yang sama berlaku dengan dua rentetan yang sama ditala. Dengan melepasi busur di sepanjang satu tali, kita akan menyebabkan getaran pada yang lain. Setelah menetapkan satu garpu tala dalam getaran, anda akan melihat bahawa garpu tala yang lain akan berbunyi dengan sendirinya. Konsep. Disediakan oleh: Velikaya Yulia Disemak oleh: Sergeeva Elena Evgenievna Institusi Pendidikan Perbandaran "Sekolah Menengah No. 36" 2011.
"Pergerakan berayun" - Kedudukan melampau kiri. Hayun. Contoh pergerakan berayun. Keadaan untuk berlakunya ayunan. Anjakan amplitud. V=maks a=0 m/s?. Jarum mesin jahit. Pergerakan berayun. Kedudukan imbangan. Dahan-dahan pokok. V=0 m/s a=maks. Kedudukan paling kanan. Spring kereta. Bandul jam. Ciri pergerakan berayun.
"Pelajaran tentang getaran mekanikal" - Jenis bandul. Ke arah kedudukan keseimbangan. Getaran percuma. G. Klin, wilayah Moscow 2012. Contoh: bandul. Jenis sistem ayunan 3. Sifat utama sistem ayunan 4. Getaran bebas. Persembahan untuk pelajaran fizik. Dilengkapkan oleh: guru fizik Lyudmila Antonevna Demashova. 6. Sistem berayun ialah sistem jasad yang mampu melakukan pergerakan berayun.
"Ayunan bandul" - Kosinus. "Dunia yang kita tinggali secara mengejutkan terdedah kepada turun naik" R. Bishop. Jenis-jenis getaran. Ciri-ciri asas proses berayun (gerakan). Ujian matematik dan pendulum spring. 7. Satu pemberat yang digantung pada spring telah dibawa keluar daripada kedudukan keseimbangannya dan dilepaskan. Unit ukuran (saat s).
"Fizik getaran mekanikal" - Mari kita bercakap tentang getaran... Parameter getaran mekanikal. Menunjukkan sesaran maksimum badan dari kedudukan keseimbangan. Sistem berayun. “Terdapat bola riang di dalam istana, pemuzik sedang menyanyi. Tempoh. Tugasan video. Bazhina G.G. – guru fizik di Institusi Pendidikan Perbandaran "GYMNASIA No. 11" di Krasnoyarsk. Angin di taman menggegarkan ayunan cahaya" Konstantin Balmont.
Terdapat sejumlah 14 pembentangan dalam topik tersebut
2. Momen inersia dan pengiraannya
Menurut definisi, momen inersia jasad berbanding paksi adalah sama dengan hasil tambah hasil jisim zarah dengan kuasa dua jaraknya ke paksi putaran atau
Walau bagaimanapun, formula ini tidak sesuai untuk mengira momen inersia; kerana jisim jasad pepejal diedarkan secara berterusan, jumlahnya hendaklah digantikan dengan kamiran. Oleh itu, untuk mengira momen inersia, jasad dibahagikan kepada isipadu tak terhingga dV dengan jisim dm=dV. Kemudian
di mana R ialah jarak unsur dV daripada paksi putaran.
Jika momen inersia I C mengenai paksi yang melalui pusat jisim diketahui, maka seseorang boleh mengira dengan mudah momen inersia tentang mana-mana paksi selari O yang melalui pada jarak d dari pusat jisim atau
I O = I C + md 2,
Nisbah ini dipanggil Teorem Steiner: momen inersia jasad relatif kepada paksi sembarangan adalah sama dengan jumlah momen inersia relatif kepada paksi selari dengannya dan melalui pusat jisim dan hasil darab jisim badan dengan kuasa dua jarak antara paksi.
3. Tenaga kinetik putaran
Tenaga kinetik jasad tegar berputar mengelilingi paksi tetap
Membezakan formula berkenaan dengan masa, kita memperoleh hukum perubahan tenaga kinetik jasad tegar yang berputar mengelilingi paksi tetap:
–
kadar perubahan tenaga kinetik gerakan putaran adalah sama dengan kuasa momen daya.
putaran dK =M Z Z dt=M Z d K K 2 -K 1 =
mereka. perubahan tenaga kinetik putaran adalah sama dengan kerja yang dilakukan oleh tork.
4. Pergerakan rata
Pergerakan jasad tegar di mana pusat jisim bergerak dalam satah tetap, dan paksi putarannya melalui pusat jisim kekal berserenjang dengan satah ini dipanggil. pergerakan rata. Pergerakan ini boleh dikurangkan kepada gabungan pergerakan translasi dan putaran sekeliling paksi tetap (tetap)., kerana dalam sistem C paksi putaran sebenarnya kekal pegun. Oleh itu, gerakan satah diterangkan oleh sistem dipermudahkan dua persamaan gerakan:
Tenaga kinetik jasad yang melakukan gerakan satah ialah:
dan akhirnya
,
kerana dalam kes ini i " ialah kelajuan putaran titik ke-i di sekeliling paksi tetap.
Ayunan
1. Pengayun harmonik
Ayunan Secara umum, pergerakan yang berulang dari semasa ke semasa dipanggil.
Jika pengulangan ini mengikuti pada selang masa yang tetap, i.e. x(t+T)=x(t), maka ayunan dipanggil berkala. Sistem yang membuat
getaran dipanggil pengayun. Ayunan yang dibuat oleh sistem apabila dibiarkan sendiri dipanggil semula jadi, dan kekerapan ayunan dalam kes ini ialah frekuensi semula jadi.
Getaran harmonik getaran yang berlaku mengikut hukum sin atau cos dipanggil. Sebagai contoh,
x(t)=A cos(t+ 0),
di mana x(t) ialah sesaran zarah daripada kedudukan keseimbangan, A ialah maksimum
mengimbangi atau amplitud, t+ 0 -- fasa ayunan, 0 -- fasa awal (pada t=0), 
-- kekerapan kitaran, hanyalah frekuensi ayunan.
Sistem yang melakukan ayunan harmonik dipanggil pengayun harmonik. Adalah penting bahawa amplitud dan kekerapan ayunan harmonik adalah malar dan bebas antara satu sama lain.
Keadaan untuk berlakunya ayunan harmonik: zarah (atau sistem zarah) mesti digerakkan oleh daya atau momen daya yang berkadar dengan sesaran zarah dari kedudukan keseimbangan dan
cuba mengembalikannya ke kedudukan keseimbangan. Daya sedemikian (atau momen daya)
dipanggil separa anjal; ia mempunyai bentuk , di mana k dipanggil kuasi-tegar.
Khususnya, ia boleh menjadi hanya daya kenyal yang menggetarkan bandul spring yang berayun di sepanjang paksi x. Persamaan gerakan bandul sedemikian mempunyai bentuk:
atau 
,
di mana sebutan itu diperkenalkan.
Dengan penggantian langsung adalah mudah untuk mengesahkannya dengan menyelesaikan persamaan
adalah fungsi
x=A cos( 0 t+ 0),
di mana A dan 0 -- pemalar, untuk menentukan yang mana anda perlu nyatakan dua keadaan awal: kedudukan x(0)=x 0 zarah dan kelajuannya v x (0)=v 0 pada saat awal (sifar) masa.
Persamaan ini ialah persamaan dinamik mana-mana
getaran harmonik dengan frekuensi semula jadi 0. Untuk berat pada
tempoh ayunan bandul spring
.
2. Bandul fizikal dan matematik
Bandul fizikal- adalah mana-mana badan fizikal yang melakukan
ayunan di sekeliling paksi yang tidak melalui pusat jisim dalam medan graviti.
Agar ayunan semula jadi sistem menjadi harmonik, amplitud ayunan ini perlu kecil. Dengan cara ini, perkara yang sama berlaku untuk spring: Kawalan F = -kx hanya untuk ubah bentuk kecil spring x.
Tempoh ayunan ditentukan oleh formula:
.
Perhatikan bahawa momen kuasi-anjal di sini ialah momen graviti
M i = - mgd , berkadar dengan sisihan sudut .
Kes khas bandul fizikal ialah bandul matematik-- jisim titik yang digantung pada benang tidak dapat dipanjangkan tanpa berat dengan panjang l. Tempoh turun naik kecil bandul matematik
3. Ayunan harmonik teredam
Dalam keadaan sebenar, daya pelesapan (geseran likat, rintangan persekitaran) sentiasa bertindak ke atas pengayun dari persekitaran.
, yang memperlahankan pergerakan. Persamaan gerakan kemudian mengambil bentuk:
.
Menandakan dan , kita memperoleh persamaan dinamik ayunan harmonik terlembap semula jadi:
.
Seperti ayunan yang tidak terendam, ini adalah bentuk umum persamaan.
Jika rintangan sederhana tidak terlalu tinggi
Fungsi 
mewakili amplitud ayunan yang semakin berkurangan secara eksponen. Penurunan amplitud ini dipanggil kelonggaran(melemahkan) getaran, dan dipanggil pekali pengecilan teragak-agak.
Masa di mana amplitud ayunan berkurangan sebanyak e=2.71828 kali,
dipanggil masa bersantai.
Sebagai tambahan kepada pekali pengecilan, ciri lain diperkenalkan,
dipanggil pengurangan redaman logaritma-- ia semulajadi
logaritma nisbah amplitud (atau sesaran) sepanjang tempoh:
.
Kekerapan ayunan lembap semula jadi
bergantung bukan sahaja pada magnitud daya kuasi-anjal dan jisim badan, tetapi juga pada
rintangan alam sekitar.
4. Penambahan getaran harmonik
Mari kita pertimbangkan dua kes penambahan sedemikian.
a) Pengayun mengambil bahagian dalam dua saling berserenjang turun naik.
Dalam kes ini, dua daya kuasi-anjal bertindak di sepanjang paksi x dan y. Kemudian
Untuk mencari trajektori pengayun, masa t harus dikecualikan daripada persamaan ini.
Cara paling mudah untuk melakukan ini ialah jika berbilang frekuensi:
Di mana n dan m ialah integer.
Dalam kes ini, trajektori pengayun akan menjadi beberapa tertutup lengkung dipanggil Sosok Lissajous.
Contoh: frekuensi ayunan dalam x dan y adalah sama ( 1 = 2 =), dan perbezaan dalam fasa ayunan 
(untuk kesederhanaan kita letakkan 1 =0).
.
Dari sini kita dapati: 
-- angka Lissajous akan menjadi elips.
b) Pengayun berayun satu arah.
Biarkan terdapat dua ayunan sedemikian buat masa ini; Kemudian
di mana dan 
-- fasa ayunan.
Adalah sangat menyusahkan untuk menambah getaran secara analitik, terutamanya apabila getaran itu
bukan dua, tetapi beberapa; oleh itu geometri biasanya digunakan kaedah gambarajah vektor.
5. Getaran paksa
Getaran paksa timbul apabila bertindak ke atas pengayun
daya berkala luaran berubah mengikut undang-undang harmonik
dengan kekerapan samb: 
.
Persamaan dinamik ayunan paksa:
Untuk ayunan keadaan mantap penyelesaian kepada persamaan ialah fungsi harmonik:
di mana A ialah amplitud ayunan paksa, dan ialah ketinggalan fasa
daripada daya paksaan.
Amplitud ayunan paksa keadaan mantap:
Ketinggalan fasa ayunan paksa keadaan mantap daripada luaran
tenaga penggerak:
.
\hs Jadi: ayunan paksa keadaan mantap berlaku
dengan amplitud malar, bebas masa, i.e. jangan pudar
walaupun rintangan alam sekitar. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa kerja
kuasa luar datang ke
peningkatan tenaga mekanikal pengayun dan mengimbangi sepenuhnya
penurunannya, berlaku disebabkan oleh tindakan daya rintangan dissipative
6. Resonans
Seperti yang dapat dilihat dari formula, amplitud ayunan paksa
Dan ext bergantung pada kekerapan daya penggerak luaran ext. Graf hubungan ini dipanggil lengkung resonans atau tindak balas frekuensi amplitud pengayun.
Nilai frekuensi daya luaran di mana amplitud ayunan menjadi maksimum dipanggil frekuensi resonans semula, dan peningkatan mendadak dalam amplitud pada dalam = res -- resonans.
Keadaan resonans ialah keadaan ekstrem bagi fungsi A( ext):
.
Kekerapan resonansi pengayun ditentukan oleh ungkapan:
.
Dalam kes ini, nilai resonan amplitud ayunan paksa
Kuantiti yang mencirikan tindak balas resonan sistem dipanggil faktor kualiti pengayun.
Sebaliknya, dengan rintangan yang cukup besar 
tiada resonans akan diperhatikan.
Asas teori relativiti khas. molekul
>> Syarat untuk berlakunya ayunan bebas
§ 19 SYARAT UNTUK KEMUNCULAN GETARAN BEBAS
Mari kita ketahui sifat yang mesti ada pada sistem agar ayunan bebas berlaku di dalamnya. Adalah paling mudah untuk terlebih dahulu mempertimbangkan getaran bola yang diikat pada batang mendatar licin di bawah tindakan daya kenyal spring 1.
Jika anda menggerakkan bola sedikit dari kedudukan keseimbangan (Rajah 3.3, a) ke kanan, maka panjang spring akan bertambah sebanyak (Rajah 3.3, b), dan daya kenyal dari spring akan mula bertindak ke atas. bola. Daya ini, mengikut undang-undang Hooke, adalah berkadar dengan ubah bentuk spring dan arah buih ke kiri. Jika anda melepaskan bola, maka di bawah tindakan daya elastik ia akan mula bergerak dengan pecutan ke kiri, meningkatkan kelajuannya. Dalam kes ini, daya keanjalan akan berkurangan, kerana ubah bentuk spring berkurangan. Pada saat bola mencapai kedudukan keseimbangan, daya kenyal spring menjadi sama dengan sifar. Akibatnya, mengikut undang-undang kedua Newton, pecutan bola juga akan menjadi sifar.
Pada ketika ini, kelajuan bola akan mencapai nilai maksimumnya. Tanpa berhenti dalam kedudukan keseimbangan, ia akan terus bergerak ke kiri dengan inersia. Spring dimampatkan. Akibatnya, daya kenyal muncul, diarahkan ke kanan dan menghalang pergerakan bola (Rajah 3.3, c). Daya ini, dan oleh itu pecutan diarahkan ke kanan, meningkat dalam magnitud secara berkadar langsung dengan modulus anjakan x bola berbanding kedudukan keseimbangan.
1 Analisis getaran bola yang digantung pada spring menegak agak lebih rumit. Dalam kes ini, daya anjal berubah bagi spring dan daya graviti malar bertindak serentak. Tetapi sifat ayunan dalam kedua-dua kes adalah sama.
Kelajuan akan berkurangan sehingga, dalam kedudukan paling kiri bola, ia menjadi sifar. Selepas ini, bola akan mula memecut ke kanan. Dengan modulus x daya anjakan berkurangan F kawalan menurun dalam nilai mutlak dan dalam kedudukan keseimbangan sekali lagi menjadi sifar. Tetapi pada masa ini bola telah memperoleh kelajuan dan, oleh itu, dengan inersia terus bergerak ke kanan. Pergerakan ini membawa kepada regangan spring dan kemunculan daya yang diarahkan ke kiri. Pergerakan bola diperlahankan sehingga ia berhenti sepenuhnya dalam kedudukan paling kanan, selepas itu keseluruhan proses diulang sekali lagi.
Jika tiada geseran, pergerakan bola tidak akan berhenti. Walau bagaimanapun, geseran dan rintangan udara menghalang bola daripada bergerak. Arah daya rintangan kedua-dua apabila bola bergerak ke kanan dan apabila ia bergerak ke kiri sentiasa bertentangan dengan arah kelajuan. Skop ayunannya akan berkurangan secara beransur-ansur sehingga pergerakan berhenti. Dengan geseran yang rendah, redaman menjadi ketara hanya selepas bola berayun dengan banyak. Jika anda memerhatikan pergerakan bola dalam selang masa yang tidak terlalu besar, maka redaman ayunan boleh diabaikan. Dalam kes ini, pengaruh daya rintangan pada voltan boleh diabaikan.
Jika daya rintangan adalah besar, maka tindakannya tidak boleh diabaikan walaupun dalam selang masa yang singkat.
Letakkan bola di atas spring ke dalam gelas dengan cecair likat, contohnya gliserin (Rajah 3.4). Jika kekakuan spring adalah kecil, maka bola yang dikeluarkan dari kedudukan keseimbangannya tidak akan berayun sama sekali. Di bawah tindakan daya kenyal, ia hanya akan kembali ke kedudukan keseimbangannya (garis putus-putus dalam Rajah 3.4). Disebabkan oleh tindakan daya seretan, kelajuannya dalam kedudukan keseimbangan boleh dikatakan sifar.
Untuk membolehkan ayunan bebas berlaku dalam sistem, dua syarat mesti dipenuhi. Pertama, apabila menggerakkan jasad dari kedudukan keseimbangan, daya mesti timbul dalam sistem yang diarahkan ke arah kedudukan keseimbangan dan, oleh itu, cenderung untuk mengembalikan jasad ke kedudukan keseimbangan. Beginilah cara spring bertindak dalam sistem yang kita pertimbangkan (lihat Rajah 3.3): apabila bola bergerak ke kiri dan ke kanan, daya kenyal diarahkan ke arah kedudukan keseimbangan. Kedua, geseran dalam sistem sepatutnya agak rendah. Jika tidak, getaran akan cepat hilang. Ayunan yang tidak terendam hanya boleh dilakukan jika tiada geseran.
1. Apakah getaran yang dipanggil percuma!
2. Dalam keadaan apakah ayunan bebas berlaku dalam sistem?
3. Apakah ayunan yang dipanggil paksa! Berikan contoh ayunan paksa.
Salah satu topik yang paling menarik dalam fizik ialah ayunan. Kajian mekanik berkait rapat dengan mereka, dengan bagaimana badan berkelakuan apabila mereka dipengaruhi oleh daya tertentu. Oleh itu, apabila mengkaji ayunan, kita boleh memerhatikan bandul, melihat pergantungan amplitud ayunan pada panjang benang di mana badan tergantung, pada kekakuan spring, dan berat beban. Walaupun nampak mudah, topik ini tidak semudah yang kita mahukan untuk semua orang. Oleh itu, kami memutuskan untuk mengumpulkan maklumat yang paling terkenal tentang getaran, jenis dan sifatnya, dan menyusun ringkasan ringkas mengenai topik ini untuk anda. Mungkin ia akan berguna kepada anda.
Definisi konsep
Sebelum bercakap tentang konsep seperti mekanikal, elektromagnet, bebas, getaran paksa, sifat, ciri dan jenis, keadaan kejadian, adalah perlu untuk menentukan konsep ini. Oleh itu, dalam fizik, ayunan adalah proses yang sentiasa berulang untuk mengubah keadaan di sekitar satu titik dalam ruang. Contoh paling mudah ialah bandul. Setiap kali ia berayun, ia menyimpang dari titik menegak tertentu, pertama ke satu arah, kemudian ke arah yang lain. Teori ayunan dan gelombang mengkaji fenomena tersebut.
Punca dan keadaan kejadian
Seperti mana-mana fenomena lain, ayunan hanya berlaku jika syarat tertentu dipenuhi. Getaran paksa mekanikal, seperti yang bebas, timbul apabila syarat berikut dipenuhi:
1. Kehadiran daya yang mengeluarkan jasad daripada keadaan keseimbangan yang stabil. Sebagai contoh, tolakan bandul matematik, di mana pergerakan bermula.
2. Kehadiran daya geseran minimum dalam sistem. Seperti yang anda ketahui, geseran melambatkan proses fizikal tertentu. Semakin besar daya geseran, semakin kecil kemungkinan getaran berlaku.
3. Salah satu daya mesti bergantung pada koordinat. Iaitu, badan menukar kedudukannya dalam sistem koordinat tertentu berbanding dengan titik tertentu.
Jenis-jenis getaran
Setelah memahami apa itu ayunan, mari analisa klasifikasinya. Terdapat dua klasifikasi yang paling terkenal - mengikut sifat fizikal dan oleh sifat interaksi dengan alam sekitar. Oleh itu, mengikut kriteria pertama, getaran mekanikal dan elektromagnet dibezakan, dan mengikut getaran kedua, bebas dan paksa. Terdapat juga ayunan diri dan ayunan terlembap. Tetapi kita hanya akan bercakap tentang empat jenis pertama. Mari kita lihat dengan lebih dekat setiap daripada mereka, ketahui ciri-ciri mereka, dan juga berikan penerangan ringkas tentang ciri utama mereka.
mekanikal
Dengan getaran mekanikal, kajian tentang getaran dalam kursus fizik sekolah bermula. Pelajar memulakan perkenalan mereka dengan mereka dalam cabang fizik seperti mekanik. Ambil perhatian bahawa proses fizikal ini berlaku dalam persekitaran, dan kita boleh memerhatikannya dengan mata kasar. Dengan ayunan sedemikian, badan berulang kali membuat pergerakan yang sama, melepasi kedudukan tertentu di angkasa. Contoh ayunan tersebut ialah bandul yang sama, getaran garpu tala atau tali gitar, pergerakan daun dan dahan pada pokok, ayunan.
Elektromagnet
Selepas konsep getaran mekanikal telah digenggam dengan kukuh, kajian tentang getaran elektromagnet, yang lebih kompleks dalam struktur, bermula, kerana jenis ini berlaku dalam pelbagai litar elektrik. Semasa proses ini, ayunan dalam medan elektrik dan juga magnet diperhatikan. Walaupun fakta bahawa ayunan elektromagnet mempunyai sifat kejadian yang sedikit berbeza, undang-undang untuk mereka adalah sama seperti untuk yang mekanikal. Dengan ayunan elektromagnet, bukan sahaja kekuatan medan elektromagnet boleh berubah, tetapi juga ciri-ciri seperti cas dan kekuatan semasa. Ia juga penting untuk diperhatikan bahawa terdapat ayunan elektromagnet bebas dan paksa.
Getaran percuma
Ayunan jenis ini berlaku di bawah pengaruh daya dalaman apabila sistem dikeluarkan daripada keadaan keseimbangan atau rehat yang stabil. Ayunan bebas sentiasa dilembapkan, yang bermaksud amplitud dan kekerapannya berkurangan dari semasa ke semasa. Contoh yang menarik bagi jenis hayunan ini ialah pergerakan beban yang digantung pada benang dan berayun dari satu sisi ke sisi yang lain; beban yang dilekatkan pada spring, sama ada jatuh ke bawah di bawah pengaruh graviti, atau naik ke atas di bawah tindakan spring. Ngomong-ngomong, jenis ayunan inilah yang diberi perhatian ketika belajar fizik. Dan kebanyakan masalah dikhaskan untuk getaran percuma, dan bukan yang terpaksa.
Terpaksa
Walaupun fakta bahawa proses semacam ini tidak dikaji secara terperinci oleh pelajar sekolah, ia adalah ayunan paksa yang paling sering dijumpai di alam semula jadi. Contoh yang agak menarik bagi fenomena fizikal ini ialah pergerakan dahan pada pokok dalam cuaca berangin. Turun naik sedemikian sentiasa berlaku di bawah pengaruh faktor dan daya luaran, dan ia timbul pada bila-bila masa.
Ciri-ciri Ayunan
Seperti mana-mana proses lain, ayunan mempunyai ciri-ciri mereka sendiri. Terdapat enam parameter utama proses berayun: amplitud, tempoh, kekerapan, fasa, anjakan dan kekerapan kitaran. Sememangnya, setiap daripada mereka mempunyai sebutan sendiri, serta unit ukuran. Mari kita lihat mereka dengan lebih terperinci, memberi tumpuan kepada penerangan ringkas. Pada masa yang sama, kami tidak akan menerangkan formula yang digunakan untuk mengira nilai ini atau itu, supaya tidak mengelirukan pembaca.
berat sebelah
Yang pertama ialah anjakan. Ciri ini menunjukkan sisihan badan dari titik keseimbangan pada masa tertentu. Ia diukur dalam meter (m), sebutan yang diterima umum ialah x.
Amplitud ayunan
Nilai ini menunjukkan anjakan terbesar badan dari titik keseimbangan. Dengan adanya ayunan yang tidak terendam, ia adalah nilai malar. Ia diukur dalam meter, sebutan yang diterima umum ialah x m.
Tempoh ayunan
Satu lagi kuantiti yang menunjukkan masa yang diperlukan untuk menyelesaikan satu ayunan lengkap. Penamaan yang diterima umum ialah T, diukur dalam saat (s).
Kekerapan
Ciri terakhir yang akan kita bincangkan ialah kekerapan ayunan. Nilai ini menunjukkan bilangan ayunan dalam tempoh masa tertentu. Ia diukur dalam hertz (Hz) dan dilambangkan sebagai ν.
Jenis bandul
Jadi, kami telah menganalisis ayunan paksa, bercakap tentang ayunan bebas, yang bermaksud kita juga harus menyebut jenis bandul yang digunakan untuk mencipta dan mengkaji ayunan bebas (dalam keadaan sekolah). Di sini kita boleh membezakan dua jenis - matematik dan harmonik (musim bunga). Yang pertama ialah badan tertentu yang digantung dari benang yang tidak dapat dipanjangkan, saiznya sama dengan l (kuantiti penting utama). Yang kedua ialah pemberat yang dilekatkan pada spring. Di sini adalah penting untuk mengetahui jisim beban (m) dan kekakuan spring (k).
kesimpulan
Oleh itu, kami mendapati bahawa terdapat getaran mekanikal dan elektromagnet, memberi mereka penerangan ringkas, menerangkan sebab dan syarat untuk berlakunya jenis getaran ini. Kami mengatakan beberapa perkataan tentang ciri-ciri utama fenomena fizikal ini. Kami juga mendapati bahawa terdapat getaran paksa dan bebas. Kami menentukan bagaimana mereka berbeza antara satu sama lain. Di samping itu, kami mengatakan beberapa perkataan tentang bandul yang digunakan dalam kajian getaran mekanikal. Kami berharap maklumat ini berguna kepada anda.