Pogoji za nastanek prostih nihanj - Hipermarket znanja. Nihanja: mehanska in elektromagnetna. Proste in prisilne vibracije. Značilnosti Pogoji za obstoj mehanskih vibracij
Predavanje. 1. Nihanja. Oblika vibracij. Vrste vibracij. Razvrstitev. Značilnosti nihajnega procesa. Pogoji za nastanek mehanskih vibracij. Harmonične vibracije.
Nihanja- proces spreminjanja stanj sistema okoli ravnovesne točke, ki se skozi čas do te ali druge stopnje ponavlja. Nihajni procesi so zelo razširjeni v naravi in tehniki, na primer nihanje urnega nihala, izmenični električni tok itd.. Fizična narava nihanj je lahko različna, zato ločimo mehanska, elektromagnetna itd. procesi so opisani z enakimi karakteristikami in enakimi enačbami. To pomeni smotrnost enotnega pristopa k preučevanju nihanj različnih fizikalnih narav.
Vibracijska oblika lahko drugačna.
Nihanja se imenujejo periodična, če se vrednosti fizikalnih količin, ki se med procesom nihanja spreminjajo, ponavljajo v rednih intervalih (slika 1). (Sicer se nihanja imenujejo aperiodična). Identificiran je pomemben poseben primer harmoničnih nihanj (slika 1).
Nihanja, ki se približujejo harmoničnim, imenujemo kvaziharmonična.
Slika 1. Vrste vibracij
Nihanja različnih fizikalnih narav imajo veliko skupnih vzorcev in so tesno povezana z valovi. Splošna teorija nihanj in valov preučuje te vzorce. Bistvena razlika od valovanja: med nihanjem ni prenosa energije, to so lokalne, "lokalne" transformacije energije.
Vrste obotavljanje. Nihanja so različna Po naravi sem:
mehanski(gibanje, zvok, vibracije),
elektromagnetni(na primer vibracije v nihajnem krogu, resonator z votlino , nihanja jakosti električnih in magnetnih polj v radijskih valovih, valovih vidne svetlobe in drugih elektromagnetnih valovih),
elektromehanski(vibracije telefonske membrane, piezokvarcnega ali magnetostriktivnega ultrazvočnega oddajnika) ;
kemična(nihanje koncentracije reagirajočih snovi med t.i. periodičnimi kemijskimi reakcijami);
termodinamični(na primer tako imenovani pojoči plamen itd. termični lastna nihanja, ki jih najdemo v akustiki, pa tudi v nekaterih vrstah reaktivnih motorjev);
nihajni procesi v prostoru(za astrofiziko so zelo zanimiva nihanja svetlosti zvezd cefeid (pulzirajoče spremenljive zvezde super orjakinje, ki spreminjajo svetlost z amplitudo od 0,5 do 2 magnitude in obdobjem od 1 do 50 dni);
Tako oscilacije pokrivajo ogromno področje fizikalnih pojavov in tehničnih procesov.
Razvrstitev vibracij glede na naravo interakcije z okoljem :
brezplačno (ali lastno)- to so nihanja v sistemu pod vplivom notranjih sil, potem ko je sistem spravljen iz ravnovesja (v realnih pogojih so prosta nihanja skoraj vedno dušena).
Na primer nihanje bremena na vzmeti, nihalo, most, ladja na valu, vrvica; nihanja plazme, gostote in zračnega tlaka med širjenjem elastičnih (akustičnih) valov v njej.
Da so prosta nihanja harmonična, je nujno, da je nihajni sistem linearen (opisujejo ga linearne enačbe gibanja) in da v njem ne prihaja do disipacije energije (slednje povzroča slabljenje).
prisiljeni- nihanja, ki se pojavljajo v sistemu pod vplivom zunanjih periodičnih vplivov. Med prisilnimi nihanji se lahko pojavi pojav resonance: močno povečanje amplitude nihanj, ko naravna frekvenca oscilatorja sovpada s frekvenco zunanjega vpliva.
samonihanja- nihanja, pri katerih ima sistem rezervo potencialne energije, ki se porabi za nihanje (primer takega sistema je mehanska ura). Značilna razlika med lastnimi nihanji in prostimi nihanji je, da njihovo amplitudo določajo lastnosti samega sistema in ne začetni pogoji.
parametrični- nihanja, ki nastanejo ob spremembi katerega koli parametra nihajnega sistema zaradi zunanjega vpliva,
naključen- nihanja, pri katerih je zunanja ali parametrična obremenitev naključen proces,
povezane vibracije- medsebojne proste vibracije povezani sistemi, sestavljen iz medsebojno delujočih posameznih oscilacijskih sistemov. Povezana nihanja imajo zapleten videz zaradi dejstva, da vibracije v enem sistemu vplivajo na vibracije v drugem prek sklopitve (na splošno disipativne in nelinearne)
nihanja v strukturah s porazdeljenimi parametri(dolge črte, resonatorji),
nihanje, ki nastane kot posledica toplotnega gibanja snovi.
Pogoji za nastanek nihanj.
1. Da bi v sistemu prišlo do nihanja, ga je treba odstraniti iz ravnotežnega položaja. Na primer za nihalo, ki mu daje kinetično (udarec, potiskanje) ali potencialno (odklon telesa) energijo.
2. Ko telo odstranimo iz stabilnega ravnotežnega položaja, se pojavi rezultantna sila, usmerjena proti ravnotežnemu položaju.
Z energetskega vidika to pomeni, da nastanejo pogoji za stalen prehod (kinetične energije v potencialno energijo, energije električnega polja v energijo magnetnega polja in obratno).
3. Energijske izgube sistema zaradi prehoda na druge vrste energije (pogosto toplotno energijo) so majhne.
Značilnosti nihajnega procesa.
Slika 1 prikazuje graf periodičnih sprememb funkcije F(x), ki jo označujejo naslednji parametri:
Amplituda - največje odstopanje nihajoče količine od neke povprečne vrednosti za sistem.
Obdobje - najkrajše časovno obdobje, v katerem se ponavljajo kateri koli indikatorji stanja sistema(sistem naredi eno popolno oscilacijo), T(c).
"Fizikalno in matematično nihalo" - Običajno je razlikovati: Predstavitev na temo: "Nihalo". Matematično nihalo. Izvaja Tatyana Yunchenko. Matematično nihalo fizično nihalo. Nihalo.
"Zvočna resonanca" - Enako se zgodi z dvema enako uglašenima strunama. S potegom loka po eni struni bomo povzročili tresljaje na drugi. Ko nastavite eno vilico za vibriranje, boste opazili, da bo druga vilica zazvenela sama. Koncept. Pripravila: Velikaya Yulia Preverila: Sergeeva Elena Evgenievna Mestna izobraževalna ustanova "Srednja šola št. 36" 2011.
“Nihajoče gibanje” - Skrajni levi položaj. Gugalnica. Primeri nihajnih gibanj. Pogoji za nastanek nihanj. Amplitudni premik. V=max a=0 m/s?. Igla za šivalni stroj. Nihajno gibanje. Položaj ravnotežja. Drevesne veje. V=0 m/s a=maks. Skrajno desni položaj. Avtomobilske vzmeti. Ura nihalo. Značilnost nihajnega gibanja.
"Lekcija o mehanskih vibracijah" - Vrste nihala. Proti položaju ravnovesja. Brezplačne vibracije. G. Klin, Moskovska regija 2012. Primer: nihalo. Vrste nihajnih sistemov 3. Glavne lastnosti nihajnih sistemov 4. Prosta nihanja. Predstavitev za lekcijo fizike. Izpolnila: učiteljica fizike Lyudmila Antonevna Demashova. 6. Nihajni sistem je sistem teles, ki so sposobni izvajati nihajna gibanja.
"Nihanje nihala" - kosinus. »Svet, v katerem živimo, je presenetljivo nagnjen k nihanjem« R. Bishop. Vrste vibracij. Osnovne značilnosti nihajnega procesa (gibanja). Preizkusi matematike in vzmetnega nihala. 7. Utež, obešeno na vzmeti, smo spravili iz ravnotežnega položaja in jo spustili. Merska enota (sekunda s).
“Fizika mehanskih vibracij” - Pogovorimo se o vibracijah... Parametri mehanskih vibracij. Prikazuje največji odmik telesa od ravnotežnega položaja. Nihajni sistemi. »V gradu je bil veseli bal, godci so peli. Pika. Video naloga. Bazhina G.G. – učitelj fizike v občinski izobraževalni ustanovi "GIMNAZIJA št. 11" v Krasnojarsku. Veter na vrtu je zazibal lahkotno gugalnico" Konstantin Balmont.
V temi je skupno 14 predstavitev
2. Vztrajnostni moment in njegov izračun
Po definiciji je vztrajnostni moment telesa glede na os enak vsoti zmnožkov mas delcev s kvadrati njihovih razdalj do vrtilne osi oz.
Vendar ta formula ni primerna za izračun vztrajnostnega momenta; ker je masa trdnega telesa porazdeljena zvezno, je treba vsoto nadomestiti z integralom. Zato za izračun vztrajnostnega momenta telo razdelimo na neskončno majhne volumne dV z maso dm=dV. Potem
kjer je R oddaljenost elementa dV od vrtilne osi.
Če je znan vztrajnostni moment I C okoli osi, ki poteka skozi središče mase, potem lahko enostavno izračunamo vztrajnostni moment glede katere koli vzporedne osi O, ki poteka na razdalji d od središča mase oz.
I O = I C + md 2,
To razmerje se imenuje Steinerjev izrek: vztrajnostni moment telesa glede na poljubno os je enak vsoti vztrajnostnega momenta glede na z njo vzporedno os, ki poteka skozi središče mase, in zmnožka mase telesa s kvadratom razdalje med osema.
3. Kinetična energija vrtenja
Kinetična energija togega telesa, ki se vrti okoli nepremične osi
Z diferenciacijo formule glede na čas dobimo zakon o spremembi kinetične energije togega telesa, ki se vrti okoli fiksne osi:
–
hitrost spreminjanja kinetične energije rotacijskega gibanja je enaka moči momenta sile.
dK vrtenje =M Z Z dt=M Z d K K 2 -K 1 =
tiste. sprememba kinetične energije vrtenja je enaka delu, ki ga opravi navor.
4. Ravno gibanje
Gibanje togega telesa, pri katerem se središče mase giblje v fiksni ravnini, os njegovega vrtenja, ki poteka skozi središče mase, pa ostane pravokotna na to ravnino, imenujemo ravno gibanje. To gibanje je mogoče zmanjšati na kombinacijo translacijskega gibanja in rotacije fiksna (fiksna) os, saj v C-sistemu rotacijska os dejansko ostane stacionarna. Zato je ravninsko gibanje opisano s poenostavljenim sistemom dveh enačb gibanja:
Kinetična energija telesa, ki izvaja ravninsko gibanje, bo:
in končno
,
saj je v tem primeru i " hitrost vrtenja i-te točke okoli fiksne osi.
Nihanja
1. Harmonični oscilator
Nihanja Na splošno imenujemo gibe, ki se ponavljajo skozi čas.
Če si te ponovitve sledijo v rednih intervalih, tj. x(t+T)=x(t), potem se imenujejo nihanja periodično. Sistem, ki naredi
se imenujejo vibracije oscilator. Nihanja, ki jih povzroča sam sebi prepuščen sistem, imenujemo naravna, frekvenca nihanj pa je v tem primeru naravna frekvenca.
Harmonične vibracije imenujemo vibracije, ki nastanejo po zakonu sin ali cos. na primer
x(t)=A cos(t+ 0),
kjer je x(t) premik delca iz ravnotežnega položaja, A je maksimum
odmik oz amplituda, t+ 0 -- faza nihanja, 0 -- začetna faza (pri t=0), 
-- ciklična frekvenca, je preprosto frekvenca nihanja.
Sistem, ki izvaja harmonična nihanja, imenujemo harmonični oscilator. Pomembno je, da sta amplituda in frekvenca harmoničnih nihanj konstantni in neodvisni druga od druge.
Pogoji za nastanek harmoničnih nihanj: na delec (ali sistem delcev) mora delovati sila ali moment sile, ki je sorazmeren z odmikom delca iz ravnotežnega položaja in
ga poskuša vrniti v položaj ravnotežja. Takšna sila (ali moment sile)
klical kvazielastičen; ima obliko , kjer se k imenuje kvazi togost.
Zlasti je lahko preprosto prožna sila, ki vibrira vzmetno nihalo, ki niha vzdolž osi x. Enačba gibanja takega nihala ima obliko:
oz 
,
kjer je uvedena oznaka.
Z neposredno zamenjavo je to enostavno preveriti z reševanjem enačbe
je funkcija
x=A cos( 0 t+ 0),
kjer sta A in 0 -- konstante, da ugotovite, kateri morate določiti dva začetni pogoji: položaj x(0)=x 0 delca in njegova hitrost v x (0)=v 0 v začetnem (ničelnem) trenutku časa.
Ta enačba je dinamična enačba katere koli
harmonična nihanja z lastno frekvenco 0. Za težo naprej
obdobje nihanja vzmetnega nihala
.
2. Fizikalna in matematična nihala
Fizikalno nihalo- je vsako fizično telo, ki izvaja
nihanja okoli osi, ki ne poteka skozi središče mase v težišču.
Da bi bila lastna nihanja sistema harmonična, mora biti amplituda teh nihanj majhna. Mimogrede, enako velja za vzmet: F control = -kx samo za majhne deformacije vzmeti x.
Obdobje nihanja je določeno s formulo:
.
Upoštevajte, da je kvazielastični moment tukaj gravitacijski moment
M i = - mgd , sorazmerno s kotnim odklonom .
Poseben primer fizičnega nihala je matematično nihalo-- točkovna masa, obešena na breztežno neraztegljivo nit dolžine l. Pika majhna nihanja matematično nihalo
3. Dušena harmonična nihanja
V realni situaciji disipativne sile (viskozno trenje, upor okolja) vedno delujejo na oscilator iz okolja.
, ki upočasnjujejo gibanje. Enačba gibanja ima potem obliko:
.
Z oznako in dobimo dinamično enačbo naravnih dušenih harmoničnih nihanj:
.
Kot pri nedušenih nihanjih je to splošna oblika enačbe.
Če srednji upor ni previsok
funkcija 
predstavlja eksponentno padajočo amplitudo nihanj. To zmanjšanje amplitude se imenuje sprostitev(oslabitev) vibracij in se imenuje koeficient slabljenja obotavljanje.
Čas , v katerem se amplituda nihanj zmanjša za e=2,71828-krat,
klical čas sprostitve.
Poleg koeficienta slabljenja je uvedena še ena značilnost,
klical logaritemski dekrement dušenja-- to je naravno
logaritem razmerja amplitud (ali premikov) v obdobju:
.
Frekvenca lastnih dušenih nihanj
ni odvisna le od velikosti kvazielastične sile in telesne mase, ampak tudi od
odpornost na okolje.
4. Dodajanje harmoničnih vibracij
Oglejmo si dva primera takega dodajanja.
a) Oscilator sodeluje pri dveh medsebojno pravokotna nihanja.
V tem primeru vzdolž osi x in y delujeta dve kvazielastični sili. Potem
Da bi našli trajektorijo oscilatorja, je treba čas t izključiti iz teh enačb.
To najlažje storite, če več frekvenc:
Kjer sta n in m celi števili.
V tem primeru bo pot oscilatorja nekaj zaprto imenovana krivulja Lissajousova figura.
Primer: frekvenci nihanja v x in y sta enaki ( 1 = 2 =), razlika v fazah nihanja pa 
(zaradi enostavnosti damo 1 =0).
.
Od tu najdemo: 
-- Lissajousova figura bo elipsa.
b) Oscilator niha Ena smer.
Naj bosta za zdaj dve takšni oscilaciji; Potem
kje in 
-- faze nihanja.
Analitično dodajanje tresljajev je zelo neprijetno, še posebej, če so
ne dva, ampak več; zato se običajno uporablja geometrijski metoda vektorskega diagrama.
5. Prisilne vibracije
Prisilne vibracije nastanejo pri delovanju na oscilator
zunanja periodična sila, ki se spreminja po harmoničnem zakonu
s frekvenco ext: 
.
Dinamična enačba prisilnih nihanj:
Za stacionarno nihanje rešitev enačbe je harmonična funkcija:
kjer je A amplituda prisilnih nihanj, pa fazni zamik
od prisilne sile.
Amplituda prisilnih nihanj v ustaljenem stanju:
Fazni zamik stacionarnih prisilnih nihanj od zunanjih
gonilna sila:
.
\h Torej: pojavljajo se prisilna nihanja v ustaljenem stanju
s konstantno, od časa neodvisno amplitudo, tj. ne zbledi
kljub odpornosti okolja. To je razloženo z dejstvom, da delo
pride do zunanje sile
povečanje mehanske energije oscilatorja in popolnoma kompenzira
njegovo zmanjšanje, ki nastane zaradi delovanja disipativne uporne sile
6. Resonanca
Kot je razvidno iz formule, amplituda prisilnih nihanj
In ext je odvisen od frekvence zunanje gonilne sile ext. Graf tega odnosa se imenuje resonančna krivulja ali amplitudno-frekvenčni odziv oscilatorja.
Imenuje se vrednost frekvence zunanje sile, pri kateri amplituda nihanj postane največja resonančna frekvenca res in močno povečanje amplitude pri in = res -- resonanca.
Pogoj resonance bo pogoj ekstrema funkcije A( ext):
.
Resonančna frekvenca oscilatorja je določena z izrazom:
.
V tem primeru je resonančna vrednost amplitude prisilnih nihanj
Imenuje se količina, ki označuje resonančni odziv sistema faktor kakovosti oscilator.
Nasprotno, z dovolj velikim uporom 
ne bo opaziti resonance.
Osnove posebne teorije relativnosti. molekularni
>> Pogoji za nastanek prostih nihanj
§ 19 POGOJI ZA POJAV PROSTIH VIBRACIJ
Ugotovimo, kakšne lastnosti mora imeti sistem, da se v njem pojavljajo prosta nihanja. Najprimerneje je, da najprej razmislimo o nihanju krogle, napete na gladko vodoravno palico, pod delovanjem elastične sile vzmeti 1.
Če premaknete žogo rahlo iz ravnotežnega položaja (slika 3.3, a) v desno, se bo dolžina vzmeti povečala za (slika 3.3, b), elastična sila vzmeti pa bo začela delovati na žoga. Ta sila je po Hookovem zakonu sorazmerna z deformacijo vzmeti in smerjo pene v levo. Če izpustite žogo, se bo pod delovanjem elastične sile začela pospešeno premikati v levo in s tem povečala svojo hitrost. V tem primeru se bo elastična sila zmanjšala, saj se deformacija vzmeti zmanjša. V trenutku, ko kroglica doseže ravnotežni položaj, postane elastična sila vzmeti enaka nič. Posledično bo v skladu z drugim Newtonovim zakonom tudi pospešek žoge postal nič.
Na tej točki bo hitrost žoge dosegla največjo vrednost. Ne da bi se ustavil v ravnotežnem položaju, se bo po vztrajnosti še naprej premikal v levo. Vzmet je stisnjena. Posledično se pojavi elastična sila, usmerjena v desno in zavira gibanje žoge (slika 3.3, c). Ta sila in s tem pospešek, usmerjen v desno, naraščata po velikosti premosorazmerno z modulom premika x krogle glede na ravnotežni položaj.
1 Analiza nihanja krogle, obešene na navpični vzmeti, je nekoliko bolj zapletena. V tem primeru hkrati delujeta spremenljiva elastična sila vzmeti in stalna sila težnosti. Toda narava nihanj je v obeh primerih popolnoma enaka.
Hitrost se bo zmanjševala, dokler v skrajnem levem položaju krogle ne postane nič. Po tem se bo žoga začela pospeševati v desno. Z padajočim modulom premika x sila F nadzor zmanjša v absolutni vrednosti in v ravnotežnem položaju spet preide na nič. Toda do tega trenutka je žoga že pridobila hitrost in se zato po vztrajnosti še naprej premika v desno. To gibanje vodi do raztezanja vzmeti in pojava sile, usmerjene v levo. Gibanje žogice se upočasnjuje, dokler se popolnoma ne ustavi v skrajnem desnem položaju, nato pa se celoten postopek ponovi.
Če ne bi bilo trenja, se gibanje žogice nikoli ne bi ustavilo. Vendar trenje in zračni upor preprečujeta premikanje žoge. Smer uporne sile tako pri gibanju kroglice v desno kot pri gibanju v levo je vedno nasprotna smeri hitrosti. Obseg njegovih nihanj se bo postopoma zmanjševal, dokler se gibanje ne ustavi. Pri nizkem trenju postane dušenje opazno šele, ko žogica močno zaniha. Če opazujemo gibanje žoge v ne zelo velikem časovnem intervalu, lahko dušenje nihanj zanemarimo. V tem primeru lahko zanemarimo vpliv sile upora na napetost.
Če je sila upora velika, njenega delovanja ne moremo zanemariti niti v kratkih časovnih intervalih.
Kroglo na vzmeti postavimo v kozarec z viskozno tekočino, na primer glicerinom (slika 3.4). Če je togost vzmeti majhna, potem krogla, odstranjena iz ravnotežnega položaja, sploh ne bo nihala. Pod delovanjem elastične sile se bo preprosto vrnil v ravnotežni položaj (črtkana črta na sliki 3.4). Zaradi delovanja sile upora bo njegova hitrost v ravnotežnem položaju praktično enaka nič.
Da v sistemu pride do prostih nihanj, morata biti izpolnjena dva pogoja. Prvič, pri premikanju telesa iz ravnotežnega položaja mora v sistemu nastati sila, ki je usmerjena proti ravnotežnemu položaju in zato teži k vrnitvi telesa v ravnotežni položaj. Natančno tako deluje vzmet v sistemu, ki smo ga obravnavali (glej sliko 3.3): ko se krogla premika v levo in desno, je prožna sila usmerjena proti ravnotežnemu položaju. Drugič, trenje v sistemu mora biti precej nizko. V nasprotnem primeru bodo vibracije hitro izginile. Nedušeno nihanje je možno le v odsotnosti trenja.
1. Katere vibracije imenujemo proste!
2. Pod kakšnimi pogoji se v sistemu pojavljajo prosta nihanja?
3. Katera nihanja imenujemo prisilna! Navedite primere prisilnih nihanj.
Ena najbolj zanimivih tem v fiziki so nihanja. Z njimi je tesno povezan študij mehanike, s tem, kako se telesa obnašajo, ko nanje delujejo določene sile. Tako lahko pri preučevanju nihanj opazujemo nihala, vidimo odvisnost amplitude nihanja od dolžine niti, na kateri telo visi, od togosti vzmeti in teže bremena. Kljub navidezni preprostosti ta tema ni tako enostavna za vse, kot bi si želeli. Zato smo se odločili zbrati najbolj znane informacije o vibracijah, njihovih vrstah in lastnostih ter za vas sestaviti kratek povzetek na to temo. Morda vam bo koristilo.
Opredelitev pojma
Preden govorimo o pojmih, kot so mehanske, elektromagnetne, proste, prisilne vibracije, njihova narava, značilnosti in vrste, pogoji pojavljanja, je treba ta koncept definirati. Tako je v fiziki oscilacija nenehno ponavljajoč se proces spreminjanja stanja okoli ene točke v prostoru. Najenostavnejši primer je nihalo. Pri vsakem nihanju se odmakne od določene navpične točke najprej v eno, nato v drugo smer. Teorija nihanj in valov proučuje pojav.
Vzroki in pogoji nastanka
Kot vsak drug pojav tudi do oscilacij pride le, če so izpolnjeni določeni pogoji. Mehanske prisilne vibracije, tako kot proste, nastanejo, ko so izpolnjeni naslednji pogoji:
1. Prisotnost sile, ki odstrani telo iz stanja stabilnega ravnovesja. Na primer sunek matematičnega nihala, pri katerem se začne gibanje.
2. Prisotnost minimalne sile trenja v sistemu. Kot veste, trenje upočasni določene fizične procese. Večja ko je sila trenja, manjša je verjetnost pojava vibracij.
3. Ena od sil mora biti odvisna od koordinat. To pomeni, da telo spremeni svoj položaj v določenem koordinatnem sistemu glede na določeno točko.
Vrste vibracij
Ko smo razumeli, kaj je nihanje, analizirajmo njihovo razvrstitev. Obstajata dve najbolj znani klasifikaciji - po fizični naravi in po naravi interakcije z okoljem. Tako po prvem kriteriju ločimo mehanske in elektromagnetne vibracije, po drugem pa proste in prisilne vibracije. Obstajajo tudi lastna nihanja in dušena nihanja. Vendar bomo govorili le o prvih štirih vrstah. Oglejmo si vsakega od njih podrobneje, ugotovimo njihove značilnosti in podamo zelo kratek opis njihovih glavnih značilnosti.
Mehanski
Z mehanskimi vibracijami se začne preučevanje vibracij v šolskem tečaju fizike. Študenti se začnejo seznanjati z njimi v takšni veji fizike, kot je mehanika. Upoštevajte, da se ti fizični procesi dogajajo v okolju in jih lahko opazujemo s prostim očesom. S takšnimi nihanji telo večkrat naredi isto gibanje in prečka določen položaj v prostoru. Primeri takšnih nihanj so ista nihala, tresenje vilic ali kitarske strune, gibanje listov in vej na drevesu, gugalnica.
Elektromagnetno
Potem ko je pojem mehanskih nihanja dokončno uveljavljen, se začne študij elektromagnetnih nihanja, ki so bolj kompleksne strukture, saj se te vrste pojavljajo v različnih električnih tokokrogih. Med tem procesom opazimo nihanja v električnem in magnetnem polju. Kljub temu, da imajo elektromagnetna nihanja nekoliko drugačno naravo pojavljanja, so zakoni zanje enaki kot za mehanske. Z elektromagnetnimi nihanji se lahko spremeni ne le jakost elektromagnetnega polja, ampak tudi lastnosti, kot sta naboj in jakost toka. Pomembno je tudi omeniti, da obstajajo prosta in prisilna elektromagnetna nihanja.
Brezplačne vibracije
Ta vrsta nihanja se pojavi pod vplivom notranjih sil, ko se sistem odstrani iz stanja stabilnega ravnovesja ali mirovanja. Prosta nihanja so vedno dušena, kar pomeni, da se njihova amplituda in frekvenca s časom zmanjšujeta. Osupljiv primer te vrste nihanja je gibanje tovora, ki je obešen na nit in niha z ene strani na drugo; breme, pritrjeno na vzmet, ki bodisi pade navzdol pod vplivom gravitacije bodisi se dvigne pod delovanjem vzmeti. Mimogrede, prav takšna nihanja so pozorna pri študiju fizike. In večina težav je namenjena prostim vibracijam in ne prisilnim.
Prisilno
Kljub temu, da tovrstnega procesa šolarji ne preučujejo tako podrobno, so v naravi najpogosteje prisiljena nihanja. Dokaj osupljiv primer tega fizičnega pojava je lahko premikanje vej na drevesih v vetrovnem vremenu. Takšna nihanja vedno nastanejo pod vplivom zunanjih dejavnikov in sil in nastanejo v vsakem trenutku.
Značilnosti nihanja
Kot vsak drug proces ima tudi nihanje svoje značilnosti. Obstaja šest glavnih parametrov nihajnega procesa: amplituda, perioda, frekvenca, faza, premik in ciklična frekvenca. Seveda ima vsak od njih svoje oznake, pa tudi merske enote. Oglejmo si jih nekoliko podrobneje in se osredotočimo na kratek opis. Hkrati ne bomo opisali formul, ki se uporabljajo za izračun te ali one vrednosti, da ne bi zmedli bralca.
Pristranskost
Prvi od teh je premik. Ta karakteristika kaže odstopanje telesa od ravnotežne točke v danem trenutku. Meri se v metrih (m), splošno sprejeta oznaka je x.
Amplituda nihanja
Ta vrednost označuje največji odmik telesa od ravnotežne točke. V primeru nedušenega nihanja je konstantna vrednost. Meri se v metrih, splošno sprejeta oznaka je x m.
Obdobje nihanja
Druga količina, ki označuje čas, potreben za popolno oscilacijo. Splošno sprejeta oznaka je T, merjeno v sekundah (s).
Pogostost
Zadnja značilnost, o kateri bomo govorili, je frekvenca nihanja. Ta vrednost označuje število nihanj v določenem časovnem obdobju. Meri se v hercih (Hz) in je označen kot ν.
Vrste nihal
Analizirali smo torej prisilna nihanja, govorili o prostih nihanjih, kar pomeni, da moramo omeniti tudi vrste nihal, ki se uporabljajo za ustvarjanje in proučevanje prostih nihanj (v šolskih razmerah). Tu ločimo dve vrsti - matematično in harmonično (vzmetno). Prvi je določeno telo, obešeno na neraztegljivo nit, katere velikost je enaka l (glavna pomembna količina). Drugi je utež, pritrjena na vzmet. Pri tem je pomembno poznati maso bremena (m) in togost vzmeti (k).
zaključki
Tako smo ugotovili, da obstajajo mehanske in elektromagnetne vibracije, jih na kratko opisali, opisali vzroke in pogoje za nastanek teh vrst vibracij. Povedali smo nekaj besed o glavnih značilnostih teh fizikalnih pojavov. Ugotovili smo tudi, da obstajajo prisilne in proste vibracije. Ugotovili smo, v čem se med seboj razlikujejo. Poleg tega smo povedali nekaj besed o nihalih, ki se uporabljajo pri študiju mehanskih vibracij. Upamo, da so vam bile te informacije koristne.