Mga kundisyon para sa paglitaw ng mga libreng pagbabago - Knowledge Hypermarket. Oscillations: mekanikal at electromagnetic. Libre at sapilitang vibrations. Mga Katangian Mga kondisyon para sa pagkakaroon ng mga mekanikal na panginginig ng boses
Lecture. 1. Oscillations. Hugis ng vibrations. Mga uri ng vibrations. Pag-uuri. Mga katangian ng proseso ng oscillatory. Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga mekanikal na panginginig ng boses. Harmonic vibrations.
Mga oscillations- isang proseso ng pagbabago ng mga estado ng isang sistema sa paligid ng punto ng ekwilibriyo na inuulit sa isang antas o iba pa sa paglipas ng panahon. Ang mga proseso ng oscillatory ay laganap sa kalikasan at teknolohiya, halimbawa, ang swing ng isang clock pendulum, alternating electric current, atbp. Ang pisikal na katangian ng mga oscillations ay maaaring magkakaiba, samakatuwid, mekanikal, electromagnetic, atbp. oscillations ay nakikilala. Gayunpaman, iba't ibang oscillatory ang mga proseso ay inilalarawan ng parehong mga katangian at parehong mga equation. Ito ay nagpapahiwatig ng pagiging angkop ng isang pinag-isang diskarte sa pag-aaral ng mga oscillations ng iba't ibang pisikal na kalikasan.
anyo ng panginginig ng boses maaaring iba.
Ang mga oscillation ay tinatawag na periodic kung ang mga halaga ng mga pisikal na dami na nagbabago sa panahon ng proseso ng oscillation ay paulit-ulit sa mga regular na pagitan (Larawan 1). (Kung hindi, ang mga oscillation ay tinatawag na aperiodic). Ang isang mahalagang espesyal na kaso ng mga harmonic oscillations ay nakilala (Larawan 1).
Ang mga oscillations na lumalapit sa harmonic ay tinatawag na quasi-harmonic.
Fig.1. Mga uri ng vibrations
Ang mga oscillation ng iba't ibang pisikal na kalikasan ay may maraming karaniwang pattern at malapit na magkakaugnay sa mga alon. Ang pangkalahatang teorya ng mga oscillation at wave ay nag-aaral ng mga pattern na ito. Ang pangunahing pagkakaiba mula sa mga alon: sa panahon ng mga oscillation ay walang paglipat ng enerhiya; ito ay mga lokal, "lokal" na pagbabagong enerhiya.
Mga uri pag-aatubili. Iba-iba ang mga oscillation Ako ay likas na:
mekanikal(galaw, tunog, panginginig ng boses),
electromagnetic(halimbawa, mga vibrations sa isang oscillatory circuit, isang cavity resonator , pagbabagu-bago sa lakas ng mga electric at magnetic field sa mga radio wave, mga nakikitang light wave at anumang iba pang electromagnetic waves),
electromechanical(vibrations ng lamad ng telepono, piezoquartz o magnetostrictive ultrasound emitter) ;
kemikal(pagbabago sa konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap sa panahon ng tinatawag na pana-panahong mga reaksiyong kemikal);
thermodynamic(halimbawa, ang tinatawag na singing flame, atbp. thermal self-oscillations na matatagpuan sa acoustics, pati na rin sa ilang mga uri ng jet engine);
oscillatory na mga proseso sa kalawakan(Ang malaking interes sa astrophysics ay ang mga pagbabago-bago sa ningning ng mga Cepheid na bituin (nagpapabilis ng variable supergiant na mga bituin na nagbabago ng ningning na may amplitude mula 0.5 hanggang 2 magnitude at isang panahon mula 1 hanggang 50 araw);
Kaya, ang mga oscillations ay sumasakop sa isang malaking lugar ng mga pisikal na phenomena at teknikal na proseso.
Pag-uuri ng mga vibrations ayon sa likas na katangian ng pakikipag-ugnayan sa kapaligiran :
libre (o sarili)- ito ay mga oscillations sa isang sistema sa ilalim ng impluwensya ng mga panloob na pwersa, pagkatapos na ang sistema ay inilabas mula sa ekwilibriyo (sa totoong mga kondisyon, ang mga libreng oscillations ay halos palaging damped).
Halimbawa, ang mga vibrations ng isang load sa isang spring, isang pendulum, isang tulay, isang barko sa isang alon, isang string; pagbabagu-bago sa plasma, density at presyon ng hangin sa panahon ng pagpapalaganap ng nababanat (acoustic) na mga alon sa loob nito.
Upang ang mga libreng oscillations ay maging harmonic, kinakailangan na ang oscillatory system ay linear (inilalarawan ng mga linear equation ng paggalaw), at walang pagwawaldas ng enerhiya sa loob nito (ang huli ay nagiging sanhi ng pagpapahina).
pilit- mga oscillations na nagaganap sa system sa ilalim ng impluwensya ng panlabas na pana-panahong impluwensya. Sa panahon ng sapilitang mga oscillations, ang phenomenon ng resonance ay maaaring mangyari: isang matalim na pagtaas sa amplitude ng mga oscillations kapag ang natural na dalas ng oscillator ay tumutugma sa dalas ng panlabas na impluwensya.
self-oscillations- mga oscillations kung saan ang system ay may reserba ng potensyal na enerhiya na ginugol sa mga oscillations (isang halimbawa ng naturang sistema ay isang mekanikal na relo). Ang isang katangian na pagkakaiba sa pagitan ng mga self-oscillations at free oscillations ay ang kanilang amplitude ay tinutukoy ng mga katangian ng system mismo, at hindi ng mga paunang kondisyon.
parametric- mga oscillations na nangyayari kapag nagbabago ang anumang parameter ng oscillatory system bilang resulta ng panlabas na impluwensya,
random- mga oscillations kung saan ang panlabas o parametric load ay isang random na proseso,
nauugnay na vibrations- libreng panginginig ng boses sa isa't isa konektadong mga sistema, na binubuo ng mga nag-uugnay na solong oscillatory system. Kaugnay na pagbabagu-bago magkaroon ng isang kumplikadong hitsura dahil sa ang katunayan na ang mga vibrations sa isang system ay nakakaimpluwensya sa mga vibrations sa isa pa sa pamamagitan ng pagkabit (karaniwan ay dissipative at nonlinear)
mga oscillations sa mga istruktura na may mga ipinamamahaging parameter(mahabang linya, resonator),
pagbabagu-bago, na nagaganap bilang resulta ng thermal movement ng matter.
Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga oscillation.
1. Para maganap ang oscillation sa isang sistema, kailangan itong alisin sa posisyon ng ekwilibriyo nito. Halimbawa, para sa isang pendulum, binibigyan ito ng kinetic (impact, push) o potensyal (deflection ng katawan) na enerhiya.
2. Kapag ang isang katawan ay inalis mula sa isang matatag na posisyon ng ekwilibriyo, ang isang resultang puwersa ay lilitaw na nakadirekta patungo sa posisyon ng ekwilibriyo.
Mula sa isang punto ng enerhiya, nangangahulugan ito na ang mga kondisyon ay lumitaw para sa isang patuloy na paglipat (kinetic energy sa potensyal na enerhiya, electric field na enerhiya sa magnetic field energy at vice versa.
3. Ang pagkalugi ng enerhiya ng system dahil sa paglipat sa iba pang uri ng enerhiya (madalas na thermal energy) ay maliit.
Mga katangian ng proseso ng oscillatory.
Ang Figure 1 ay nagpapakita ng isang graph ng mga pana-panahong pagbabago sa function na F(x), na nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na parameter:
Malawak - ang maximum na paglihis ng isang pabagu-bagong dami mula sa ilang average na halaga para sa system.
Panahon - ang pinakamaikling yugto ng panahon kung saan inuulit ang anumang mga tagapagpahiwatig ng estado ng system(ang sistema ay gumagawa ng isang kumpletong oscillation), T(c).
"Pisikal at matematikal na pendulum" - Nakaugalian na makilala sa pagitan ng: Pagtatanghal sa paksa: "Pendulum". Mathematical pendulum. Ginawa ni Tatyana Yunchenko. Mathematical pendulum pisikal na pendulum. Pendulum.
"Sound resonance" - Ang parehong bagay ay nangyayari sa dalawang pantay na nakatutok na mga string. Sa pamamagitan ng pagpasa sa busog sa isang string, magdudulot tayo ng mga panginginig ng boses sa kabilang linya. Kapag naitakda ang isang tuning fork sa vibration, mapapansin mo na ang isa pang tuning fork ay tutunog nang mag-isa. Konsepto. Inihanda ni: Velikaya Yulia Sinuri ni: Sergeeva Elena Evgenievna Municipal Educational Institution "Secondary School No. 36" 2011.
"Oscillating movement" - Matinding kaliwang posisyon. ugoy. Mga halimbawa ng oscillatory movements. Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga oscillation. Paglipat ng amplitude. V=max a=0 m/s?. Karayom ng makinang panahi. Oscillatory na paggalaw. Posisyon ng balanse. Mga sanga ng puno. V=0 m/s a=max. Malayong kanang posisyon. Mga bukal ng kotse. Pendulum ng orasan. Tampok ng oscillatory movement.
"Aralin sa mekanikal na panginginig ng boses" - Mga uri ng pendulum. Patungo sa isang posisyon ng ekwilibriyo. Libreng vibrations. G. Klin, Moscow region 2012. Halimbawa: pendulum. Mga uri ng oscillatory system 3. Ang pangunahing katangian ng oscillatory system 4. Libreng vibrations. Pagtatanghal para sa isang aralin sa pisika. Nakumpleto ni: guro ng pisika na si Lyudmila Antonevna Demashova. 6. Ang oscillatory system ay isang sistema ng mga katawan na may kakayahang magsagawa ng oscillatory movements.
"Pag-indayog ng Pendulum" - Cosine. "Ang mundong ginagalawan natin ay nakakagulat na madaling kapitan ng pagbabago" R. Bishop. Mga uri ng vibrations. Mga pangunahing katangian ng proseso ng oscillatory (galaw). Mga pagsusulit sa matematika at spring pendulum. 7. Ang isang bigat na nasuspinde sa isang bukal ay inilabas sa posisyon ng ekwilibriyo nito at inilabas. Yunit ng pagsukat (segundo s).
"Physics of mechanical vibrations" - Pag-usapan natin ang tungkol sa vibrations... Parameter ng mechanical vibrations. Ipinapakita ang maximum na pag-aalis ng katawan mula sa posisyon ng balanse. Mga oscillatory system. “May masayang bola sa kastilyo, kumakanta ang mga musikero. Panahon. Gawaing video. Bazhina G.G. – guro ng pisika sa Municipal Educational Institution "GYMNASIA No. 11" sa Krasnoyarsk. Ang simoy ng hangin sa hardin ay yumanig sa liwanag na ugoy" Konstantin Balmont.
Mayroong kabuuang 14 na presentasyon sa paksa
2. Moment of inertia at pagkalkula nito
Ayon sa kahulugan, ang sandali ng pagkawalang-galaw ng isang katawan na may kaugnayan sa isang axis ay katumbas ng kabuuan ng mga produkto ng mga masa ng mga particle sa pamamagitan ng mga parisukat ng kanilang mga distansya sa axis ng pag-ikot o
Gayunpaman, ang formula na ito ay hindi angkop para sa pagkalkula ng sandali ng pagkawalang-galaw; dahil ang masa ng isang solidong katawan ay patuloy na ipinamamahagi, ang kabuuan ay dapat mapalitan ng isang integral. Samakatuwid, upang kalkulahin ang sandali ng pagkawalang-galaw, ang katawan ay nahahati sa mga infinitesimal na volume dV na may mass dm=dV. Pagkatapos
kung saan ang R ay ang distansya ng elemento dV mula sa axis ng pag-ikot.
Kung ang sandali ng pagkawalang-galaw I C tungkol sa axis na dumadaan sa gitna ng masa ay kilala, kung gayon ang isang tao ay madaling kalkulahin ang sandali ng pagkawalang-galaw tungkol sa anumang parallel axis O na dumadaan sa layo d mula sa sentro ng masa o
I O = I C + md 2,
Ang ratio na ito ay tinatawag Teorama ni Steiner: ang sandali ng pagkawalang-galaw ng isang katawan na may kaugnayan sa isang di-makatwirang axis ay katumbas ng kabuuan ng sandali ng pagkawalang-galaw na nauugnay sa isang aksis na kahanay nito at dumadaan sa gitna ng masa at ang produkto ng mass ng katawan sa pamamagitan ng parisukat ng distansya sa pagitan ng mga palakol.
3. Kinetic energy ng pag-ikot
Kinetic energy ng isang matibay na katawan na umiikot sa isang nakapirming axis
Ang pagkakaiba ng formula na may paggalang sa oras, nakuha namin ang batas ng pagbabago sa kinetic energy ng isang matibay na katawan na umiikot sa paligid ng isang nakapirming axis:
–
ang rate ng pagbabago ng kinetic energy ng rotational motion ay katumbas ng kapangyarihan ng moment of force.
dK pag-ikot =M Z Z dt=M Z d K K 2 -K 1 =
mga. ang pagbabago sa kinetic energy ng pag-ikot ay katumbas ng gawaing ginawa ng metalikang kuwintas.
4. Patag na paggalaw
Ang paggalaw ng isang matibay na katawan kung saan ang sentro ng masa ay gumagalaw sa isang nakapirming eroplano, at ang axis ng pag-ikot nito na dumadaan sa gitna ng masa ay nananatiling patayo sa eroplanong ito ay tinatawag patag na paggalaw. Ang paggalaw na ito ay maaaring bawasan sa isang kumbinasyon ng paggalaw ng pagsasalin at pag-ikot sa paligid fixed (fixed) axis, dahil sa C-system ang axis ng pag-ikot ay talagang nananatiling nakatigil. Samakatuwid, ang paggalaw ng eroplano ay inilalarawan ng isang pinasimple na sistema ng dalawang equation ng paggalaw:
Ang kinetic energy ng isang katawan na nagsasagawa ng paggalaw ng eroplano ay magiging:
at sa wakas
,
dahil sa kasong ito i " ay ang bilis ng pag-ikot ng i-th point sa paligid ng isang nakapirming axis.
Mga oscillations
1. Harmonic oscillator
Mga oscillations Sa pangkalahatan, ang mga paggalaw na umuulit sa paglipas ng panahon ay tinatawag.
Kung ang mga pag-uulit na ito ay sumusunod sa mga regular na pagitan, i.e. x(t+T)=x(t), pagkatapos ay tinatawag ang mga oscillation pana-panahon. Ang sistema na gumagawa
vibrations ay tinatawag osileytor. Ang mga oscillations na ginagawa ng isang system, na iniwan sa sarili nito, ay tinatawag na natural, at ang dalas ng mga oscillations sa kasong ito ay natural na dalas.
Harmonic vibrations Ang mga vibrations na nangyayari ayon sa batas ay tinatawag na sin o cos. Halimbawa,
x(t)=A cos(t+ 0),
kung saan ang x(t) ay ang displacement ng particle mula sa equilibrium position, ang A ay ang maximum
offset o malawak, t+ 0 -- yugto oscillations, 0 -- paunang yugto (sa t=0), 
-- cyclic frequency, ay simpleng dalas ng oscillation.
Ang isang sistema na nagsasagawa ng mga harmonic oscillations ay tinatawag na isang harmonic oscillator. Mahalaga na ang amplitude at dalas ng mga harmonic oscillations ay pare-pareho at independiyente sa bawat isa.
Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga harmonic oscillations: ang isang particle (o sistema ng mga particle) ay dapat na kumilos sa pamamagitan ng isang puwersa o sandali ng puwersa na proporsyonal sa pag-aalis ng butil mula sa posisyon ng ekwilibriyo at
sinusubukang ibalik ito sa isang posisyon ng balanse. Ang gayong puwersa (o sandali ng puwersa)
tinawag parang nababanat; mayroon itong anyo , kung saan ang k ay tinatawag na quasi-rigidity.
Sa partikular, maaari itong maging isang nababanat na puwersa na nag-vibrate sa isang spring pendulum na nag-o-oscillating sa kahabaan ng x axis. Ang equation ng paggalaw ng naturang pendulum ay may anyo:
o 
,
kung saan ipinakilala ang pagtatalaga.
Sa pamamagitan ng direktang pagpapalit ay madaling i-verify iyon sa pamamagitan ng paglutas ng equation
ay isang function
x=A cos( 0 t+ 0),
kung saan A at 0 -- mga pare-pareho, upang matukoy kung alin ang kailangan mong tukuyin ang dalawa paunang kondisyon: posisyon x(0)=x 0 ng particle at ang bilis nito v x (0)=v 0 sa inisyal (zero) na sandali ng oras.
Ang equation na ito ay ang dynamic na equation ng alinman
harmonic vibrations na may natural na frequency 0. Para sa bigat sa
panahon ng oscillation ng isang spring pendulum
.
2. Pisikal at mathematical na mga pendulum
Pisikal na pendulum- ay anumang pisikal na katawan na gumaganap
oscillations sa paligid ng isang axis na hindi dumadaan sa gitna ng masa sa larangan ng grabidad.
Upang ang mga natural na oscillations ng system ay maging harmonic, ito ay kinakailangan na ang amplitude ng mga oscillations ay maliit. Sa pamamagitan ng paraan, ang parehong ay totoo para sa tagsibol: F control = -kx para lamang sa maliliit na deformations ng spring x.
Ang panahon ng oscillation ay tinutukoy ng formula:
.
Tandaan na ang quasi-elastic moment dito ay ang moment of gravity
M i = - mgd , proporsyonal sa angular deviation .
Ang isang espesyal na kaso ng isang pisikal na pendulum ay mathematical pendulum-- isang point mass na nasuspinde sa isang walang timbang na hindi mapalawak na sinulid na may haba l. Panahon maliit na pagbabagu-bago mathematical pendulum
3. Damped harmonic oscillations
Sa totoong sitwasyon, ang mga dissipative forces (viscous friction, environmental resistance) ay palaging kumikilos sa oscillator mula sa kapaligiran.
, na nagpapabagal sa paggalaw. Ang equation ng paggalaw ay tumatagal sa anyo:
.
Denoting at , nakukuha namin ang dynamic na equation ng natural damped harmonic oscillations:
.
Tulad ng mga undamped oscillations, ito ang pangkalahatang anyo ng equation.
Kung hindi masyadong mataas ang medium resistance
Function 
kumakatawan sa isang exponentially pagbaba ng amplitude ng mga oscillations. Ang pagbaba sa amplitude na ito ay tinatawag pagpapahinga(pagpapahina) ng vibrations, at ay tinatawag koepisyent ng pagpapalambing pag-aatubili.
Oras kung saan bumababa ang amplitude ng mga oscillations ng e=2.71828 beses,
tinawag oras ng pagpapahinga.
Bilang karagdagan sa koepisyent ng pagpapalambing, ang isa pang katangian ay ipinakilala,
tinawag pagbabawas ng logarithmic damping-- natural lang
logarithm ng ratio ng mga amplitude (o mga displacement) sa isang panahon:
.
Dalas ng natural na damped oscillations
nakasalalay hindi lamang sa magnitude ng quasi-elastic force at body mass, kundi pati na rin sa
paglaban sa kapaligiran.
4. Pagdaragdag ng mga harmonic vibrations
Isaalang-alang natin ang dalawang kaso ng naturang karagdagan.
a) Ang oscillator ay nakikilahok sa dalawa mutually perpendicular pagbabagu-bago.
Sa kasong ito, dalawang quasi-elastic na pwersa ang kumikilos kasama ang x at y axes. Pagkatapos
Upang mahanap ang trajectory ng oscillator, ang oras t ay dapat na hindi kasama sa mga equation na ito.
Ang pinakamadaling paraan upang gawin ito ay kung maramihang mga frequency:
Kung saan ang n at m ay mga integer.
Sa kasong ito, ang trajectory ng oscillator ay magiging ilan sarado tinatawag na kurba Lissajous figure.
Halimbawa: ang mga oscillation frequency sa x at y ay pareho ( 1 = 2 =), at ang pagkakaiba sa mga oscillation phase 
(para sa pagiging simple ay inilalagay namin ang 1 =0).
.
Mula dito makikita natin: 
-- ang Lissajous figure ay magiging isang ellipse.
b) Nag-o-oscillate ang oscillator isang direksyon.
Hayaang magkaroon ng dalawang ganoong oscillations sa ngayon; Pagkatapos
saan at 
-- mga oscillation phase.
Lubhang hindi maginhawang magdagdag ng mga vibrations nang analytical, lalo na kapag ang mga ito
hindi dalawa, ngunit marami; kaya karaniwang ginagamit ang geometriko paraan ng vector diagram.
5. Sapilitang panginginig ng boses
Sapilitang panginginig ng boses bumangon kapag kumikilos sa oscillator
panlabas na pana-panahong puwersa na nagbabago ayon sa isang maharmonya na batas
na may dalas ext: 
.
Dynamic na equation ng forced oscillations:
Para sa steady state oscillation ang solusyon sa equation ay ang harmonic function:
kung saan ang A ay ang amplitude ng sapilitang mga oscillations, at ay ang phase lag
mula sa mapilit na puwersa.
Amplitude ng steady-state forced oscillations:
Phase lag ng steady-state forced oscillations mula sa external
puwersang nagtutulak:
.
\hs Kaya: nangyayari ang steady-state forced oscillations
na may pare-pareho, time-independent amplitude, i.e. huwag kumupas
sa kabila ng paglaban ng kapaligiran. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na ang trabaho
ang panlabas na puwersa ay dumating sa
pagtaas sa mekanikal na enerhiya ng oscillator at ganap na nabayaran
pagbaba nito, na nangyayari dahil sa pagkilos ng dissipative resistance force
6. Resonance
Tulad ng makikita mula sa formula, ang amplitude ng sapilitang mga oscillations
At ang ext ay depende sa dalas ng panlabas na puwersa sa pagmamaneho ext. Ang graph ng relasyon na ito ay tinatawag na resonance curve o ang amplitude-frequency na tugon ng oscillator.
Ang halaga ng dalas ng panlabas na puwersa kung saan ang amplitude ng mga oscillations ay nagiging maximum ay tinatawag dalas ng matunog res, at isang matalim na pagtaas sa amplitude sa sa = res -- resonance.
Ang kondisyon ng resonance ay ang kundisyon ng extremum ng function A( ext):
.
Ang resonant frequency ng oscillator ay tinutukoy ng expression:
.
Sa kasong ito, ang resonant na halaga ng amplitude ng sapilitang mga oscillations
Ang dami na nagpapakilala sa matunog na tugon ng sistema ay tinatawag salik ng kalidad osileytor.
Sa kabaligtaran, na may sapat na malaking pagtutol 
walang resonance na makikita.
Mga pundasyon ng espesyal na teorya ng relativity. molekular
>> Mga kundisyon para sa paglitaw ng mga libreng oscillations
§ 19 MGA KONDISYON PARA SA PAGTINGIN NG LIBRENG VIBRATION
Alamin natin kung anong mga katangian ang dapat taglayin ng isang sistema para magkaroon ng libreng oscillations dito. Ito ay pinaka-maginhawa upang unang isaalang-alang ang mga vibrations ng isang bola strung sa isang makinis na pahalang na baras sa ilalim ng pagkilos ng nababanat na puwersa ng isang spring 1.
Kung ililipat mo ang bola nang bahagya mula sa posisyon ng balanse (Larawan 3.3, a) sa kanan, kung gayon ang haba ng tagsibol ay tataas ng (Larawan 3.3, b), at ang nababanat na puwersa mula sa tagsibol ay magsisimulang kumilos sa ang bola. Ang puwersang ito, ayon sa batas ni Hooke, ay proporsyonal sa pagpapapangit ng spring at direksyon ng foam sa kaliwa. Kung ilalabas mo ang bola, pagkatapos ay sa ilalim ng pagkilos ng nababanat na puwersa ito ay magsisimulang gumalaw nang may acceleration sa kaliwa, pinatataas ang bilis nito. Sa kasong ito, bababa ang nababanat na puwersa, dahil bumababa ang pagpapapangit ng tagsibol. Sa sandaling ang bola ay umabot sa posisyon ng balanse, ang nababanat na puwersa ng tagsibol ay magiging katumbas ng zero. Dahil dito, ayon sa ikalawang batas ni Newton, ang acceleration ng bola ay magiging zero din.
Sa puntong ito, ang bilis ng bola ay maaabot ang pinakamataas na halaga nito. Nang hindi humihinto sa posisyon ng ekwilibriyo, magpapatuloy itong lumipat sa kaliwa sa pamamagitan ng pagkawalang-kilos. Ang tagsibol ay naka-compress. Bilang resulta, lumilitaw ang isang nababanat na puwersa, nakadirekta sa kanan at pinipigilan ang paggalaw ng bola (Larawan 3.3, c). Ang puwersang ito, at samakatuwid ang acceleration na nakadirekta sa kanan, ay tumataas sa magnitude sa direktang proporsyon sa modulus ng displacement x ng bola na may kaugnayan sa posisyon ng equilibrium.
1 Medyo mas kumplikado ang pagsusuri sa mga vibrations ng bola na nasuspinde sa patayong spring. Sa kasong ito, ang variable na nababanat na puwersa ng tagsibol at ang patuloy na puwersa ng grabidad ay kumikilos nang sabay-sabay. Ngunit ang likas na katangian ng mga oscillations sa parehong mga kaso ay ganap na pareho.
Ang bilis ay bababa hanggang, sa matinding kaliwang posisyon ng bola, ito ay magiging zero. Pagkatapos nito, ang bola ay magsisimulang bumilis sa kanan. Sa pagbaba ng displacement modulus x force F kontrol bumababa sa ganap na halaga at sa posisyon ng ekwilibriyo muli ay napupunta sa zero. Ngunit sa sandaling ito ang bola ay nakakuha na ng bilis at, samakatuwid, sa pamamagitan ng pagkawalang-kilos ay patuloy na lumipat sa kanan. Ang paggalaw na ito ay humahantong sa pag-unat ng tagsibol at ang hitsura ng isang puwersa na nakadirekta sa kaliwa. Ang paggalaw ng bola ay pinabagal hanggang sa ito ay ganap na huminto sa matinding kanang posisyon, pagkatapos nito ang buong proseso ay paulit-ulit na muli.
Kung walang friction, hindi titigil ang paggalaw ng bola. Gayunpaman, pinipigilan ng friction at air resistance ang paggalaw ng bola. Ang direksyon ng puwersa ng paglaban sa parehong kapag ang bola ay gumagalaw sa kanan at kapag ito ay gumagalaw sa kaliwa ay palaging kabaligtaran sa direksyon ng bilis. Ang saklaw ng mga oscillation nito ay unti-unting bababa hanggang sa huminto ang paggalaw. Sa mababang friction, ang pamamasa ay nagiging kapansin-pansin lamang pagkatapos na ang bola ay mag-oscillate nang husto. Kung obserbahan mo ang paggalaw ng bola sa isang hindi masyadong malaking agwat ng oras, kung gayon ang pamamasa ng mga oscillations ay maaaring mapabayaan. Sa kasong ito, ang impluwensya ng puwersa ng paglaban sa boltahe ay maaaring balewalain.
Kung ang puwersa ng paglaban ay malaki, kung gayon ang pagkilos nito ay hindi maaaring pabayaan kahit na sa mga maikling agwat ng oras.
Maglagay ng bola sa isang spring sa isang baso na may malapot na likido, halimbawa gliserin (Larawan 3.4). Kung ang katigasan ng tagsibol ay maliit, kung gayon ang bola na inalis mula sa posisyon ng balanse nito ay hindi mag-oscillate sa lahat. Sa ilalim ng pagkilos ng nababanat na puwersa, babalik lamang ito sa posisyon ng ekwilibriyo nito (dashed line sa Figure 3.4). Dahil sa pagkilos ng drag force, ang bilis nito sa equilibrium na posisyon ay magiging halos zero.
Upang maganap ang mga libreng oscillations sa isang sistema, dapat matugunan ang dalawang kundisyon. Una, kapag inilipat ang isang katawan mula sa isang posisyon ng balanse, isang puwersa ay dapat na lumitaw sa sistema na nakadirekta patungo sa posisyon ng balanse at, samakatuwid, ay may posibilidad na ibalik ang katawan sa posisyon ng ekwilibriyo. Ito ay eksakto kung paano kumilos ang isang spring sa sistema na aming isinasaalang-alang (tingnan ang Fig. 3.3): kapag ang bola ay gumagalaw pareho sa kaliwa at sa kanan, ang nababanat na puwersa ay nakadirekta patungo sa posisyon ng ekwilibriyo. Pangalawa, ang friction sa system ay dapat na medyo mababa. Kung hindi, ang mga vibrations ay mabilis na mamamatay. Ang mga undamped oscillations ay posible lamang sa kawalan ng friction.
1. Anong mga vibrations ang tinatawag na libre!
2. Sa ilalim ng anong mga kondisyon nangyayari ang mga libreng oscillation sa system?
3. Anong mga oscillation ang tinatawag na forced! Magbigay ng mga halimbawa ng sapilitang oscillations.
Ang isa sa mga pinaka-kagiliw-giliw na paksa sa pisika ay ang mga oscillations. Ang pag-aaral ng mekanika ay malapit na konektado sa kanila, sa kung paano kumilos ang mga katawan kapag sila ay apektado ng ilang mga puwersa. Kaya, kapag nag-aaral ng mga oscillations, maaari nating obserbahan ang mga pendulum, tingnan ang pag-asa ng amplitude ng oscillation sa haba ng thread kung saan nakabitin ang katawan, sa higpit ng spring, at ang bigat ng load. Sa kabila ng maliwanag na pagiging simple nito, ang paksang ito ay hindi kasingdali ng lahat ng gusto natin. Samakatuwid, nagpasya kaming kolektahin ang pinakakilalang impormasyon tungkol sa mga vibrations, ang kanilang mga uri at katangian, at mag-compile para sa iyo ng maikling buod sa paksang ito. Marahil ito ay magiging kapaki-pakinabang sa iyo.
Kahulugan ng konsepto
Bago pag-usapan ang tungkol sa mga konsepto tulad ng mekanikal, electromagnetic, libre, sapilitang panginginig ng boses, ang kanilang kalikasan, mga katangian at uri, mga kondisyon ng paglitaw, kinakailangan upang tukuyin ang konseptong ito. Kaya, sa pisika, ang isang oscillation ay isang patuloy na paulit-ulit na proseso ng pagbabago ng estado sa paligid ng isang punto sa espasyo. Ang pinakasimpleng halimbawa ay isang pendulum. Sa bawat oras na ito oscillates, lumihis ito mula sa isang tiyak na patayong punto, una sa isang direksyon, pagkatapos ay sa isa pa. Ang teorya ng oscillations at waves ay pinag-aaralan ang phenomenon.
Mga sanhi at kondisyon ng paglitaw
Tulad ng anumang iba pang kababalaghan, ang mga oscillation ay nangyayari lamang kung ang ilang mga kundisyon ay natutugunan. Ang mga mekanikal na sapilitang vibrations, tulad ng mga libre, ay lumitaw kapag ang mga sumusunod na kondisyon ay natugunan:
1. Ang pagkakaroon ng puwersa na nag-aalis ng katawan mula sa isang estado ng matatag na ekwilibriyo. Halimbawa, ang pagtulak ng isang mathematical pendulum, kung saan nagsisimula ang paggalaw.
2. Ang pagkakaroon ng minimal friction force sa system. Tulad ng alam mo, ang alitan ay nagpapabagal sa ilang mga pisikal na proseso. Kung mas malaki ang friction force, mas maliit ang posibilidad na magkaroon ng vibrations.
3. Ang isa sa mga puwersa ay dapat na nakasalalay sa mga coordinate. Iyon ay, binabago ng katawan ang posisyon nito sa isang tiyak na sistema ng coordinate na may kaugnayan sa isang tiyak na punto.
Mga uri ng vibrations
Nang maunawaan kung ano ang isang oscillation, pag-aralan natin ang kanilang pag-uuri. Mayroong dalawang pinakakilalang klasipikasyon - ayon sa pisikal na kalikasan at sa likas na pakikipag-ugnayan sa kapaligiran. Kaya, ayon sa unang pamantayan, ang mga mekanikal at electromagnetic na panginginig ng boses ay nakikilala, at ayon sa pangalawa, libre at sapilitang mga vibrations. Mayroon ding mga self-oscillations at damped oscillations. Ngunit pag-uusapan lamang natin ang tungkol sa unang apat na uri. Tingnan natin ang bawat isa sa kanila, alamin ang kanilang mga tampok, at magbigay din ng napakaikling paglalarawan ng kanilang mga pangunahing katangian.
Mekanikal
Sa mga mekanikal na panginginig ng boses na nagsisimula ang pag-aaral ng mga panginginig ng boses sa isang kurso sa pisika ng paaralan. Sinimulan ng mga mag-aaral ang kanilang kakilala sa kanila sa isang sangay ng pisika gaya ng mekanika. Tandaan na ang mga pisikal na prosesong ito ay nangyayari sa kapaligiran, at maaari nating obserbahan ang mga ito sa mata. Sa gayong mga oscillations, ang katawan ay paulit-ulit na gumagawa ng parehong paggalaw, na dumadaan sa isang tiyak na posisyon sa espasyo. Ang mga halimbawa ng naturang mga oscillations ay ang parehong mga pendulum, ang vibration ng isang tuning fork o string ng gitara, ang paggalaw ng mga dahon at sanga sa isang puno, isang swing.
Electromagnetic
Matapos ang konsepto ng mga mekanikal na panginginig ng boses ay mahigpit na nahawakan, ang pag-aaral ng mga electromagnetic vibrations, na mas kumplikado sa istraktura, ay nagsisimula, dahil ang ganitong uri ay nangyayari sa iba't ibang mga de-koryenteng circuit. Sa prosesong ito, ang mga oscillations sa electric pati na rin ang magnetic field ay sinusunod. Sa kabila ng katotohanan na ang mga electromagnetic oscillations ay may bahagyang naiibang katangian ng paglitaw, ang mga batas para sa kanila ay kapareho ng para sa mga mekanikal. Sa electromagnetic oscillations, hindi lamang ang lakas ng electromagnetic field ay maaaring magbago, kundi pati na rin ang mga katangian tulad ng singil at kasalukuyang lakas. Mahalaga rin na tandaan na mayroong libre at sapilitang electromagnetic oscillations.
Libreng vibrations
Ang ganitong uri ng oscillation ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga panloob na pwersa kapag ang sistema ay inalis mula sa isang estado ng matatag na ekwilibriyo o pahinga. Ang mga libreng oscillations ay palaging damped, na nangangahulugan na ang kanilang amplitude at frequency ay bumababa sa paglipas ng panahon. Ang isang kapansin-pansin na halimbawa ng ganitong uri ng swing ay ang paggalaw ng isang load na sinuspinde sa isang thread at oscillating mula sa isang gilid patungo sa isa; isang kargada na nakakabit sa isang bukal, maaaring bumagsak sa ilalim ng impluwensya ng grabidad, o tumataas sa ilalim ng pagkilos ng tagsibol. Sa pamamagitan ng paraan, ito ay tiyak na ganitong uri ng mga oscillation na binibigyang pansin kapag nag-aaral ng pisika. At karamihan sa mga problema ay nakatuon sa mga libreng panginginig ng boses, at hindi sapilitan.
Pilit
Sa kabila ng katotohanan na ang ganitong uri ng proseso ay hindi pinag-aralan nang detalyado ng mga mag-aaral, ito ay sapilitang mga oscillations na madalas na matatagpuan sa kalikasan. Ang isang medyo kapansin-pansin na halimbawa ng pisikal na hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang paggalaw ng mga sanga sa mga puno sa mahangin na panahon. Ang ganitong mga pagbabago ay palaging nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na salik at pwersa, at sila ay bumangon sa anumang sandali.
Mga Katangian ng Oscillation
Tulad ng anumang iba pang proseso, ang mga oscillation ay may sariling mga katangian. Mayroong anim na pangunahing parameter ng proseso ng oscillatory: amplitude, period, frequency, phase, displacement at cyclic frequency. Naturally, ang bawat isa sa kanila ay may sariling mga pagtatalaga, pati na rin ang mga yunit ng pagsukat. Tingnan natin ang mga ito nang mas detalyado, na nakatuon sa isang maikling paglalarawan. Kasabay nito, hindi namin ilalarawan ang mga formula na ginagamit upang kalkulahin ito o ang halagang iyon, upang hindi malito ang mambabasa.
Bias
Ang una sa mga ito ay ang displacement. Ang katangiang ito ay nagpapakita ng paglihis ng katawan mula sa punto ng balanse sa isang naibigay na sandali sa oras. Ito ay sinusukat sa metro (m), ang karaniwang tinatanggap na pagtatalaga ay x.
Amplitude ng oscillation
Ang halagang ito ay nagpapahiwatig ng pinakamalaking pag-aalis ng katawan mula sa punto ng ekwilibriyo. Sa pagkakaroon ng undamped oscillation, ito ay isang pare-parehong halaga. Ito ay sinusukat sa metro, ang karaniwang tinatanggap na pagtatalaga ay x m.
Panahon ng oscillation
Ang isa pang dami na nagpapahiwatig ng oras na kinakailangan upang makumpleto ang isang kumpletong oscillation. Ang karaniwang tinatanggap na pagtatalaga ay T, sinusukat sa (mga) segundo.
Dalas
Ang huling katangian na pag-uusapan natin ay ang dalas ng oscillation. Ang halagang ito ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga oscillation sa isang tiyak na tagal ng panahon. Ito ay sinusukat sa hertz (Hz) at tinutukoy bilang ν.
Mga uri ng pendulum
Kaya, sinuri namin ang sapilitang mga oscillations, napag-usapan ang tungkol sa mga libreng oscillations, na nangangahulugang dapat din naming banggitin ang mga uri ng mga pendulum na ginagamit upang lumikha at mag-aral ng mga libreng oscillations (sa mga kondisyon ng paaralan). Dito maaari nating makilala ang dalawang uri - mathematical at harmonic (spring). Ang una ay ang isang tiyak na katawan na nasuspinde mula sa isang hindi mapalawak na thread, ang laki nito ay katumbas ng l (ang pangunahing makabuluhang dami). Ang pangalawa ay isang bigat na nakakabit sa isang spring. Dito mahalagang malaman ang masa ng load (m) at ang spring stiffness (k).
mga konklusyon
Kaya, nalaman namin na may mga mekanikal at electromagnetic na panginginig ng boses, binigyan sila ng isang maikling paglalarawan, inilarawan ang mga sanhi at kundisyon para sa paglitaw ng mga ganitong uri ng mga panginginig ng boses. Sinabi namin ang ilang mga salita tungkol sa mga pangunahing katangian ng mga pisikal na phenomena na ito. Nalaman din namin na mayroong sapilitang at libreng panginginig ng boses. Natukoy namin kung paano sila naiiba sa isa't isa. Bilang karagdagan, sinabi namin ang ilang mga salita tungkol sa mga pendulum na ginagamit sa pag-aaral ng mga mekanikal na panginginig ng boses. Umaasa kami na ang impormasyong ito ay naging kapaki-pakinabang sa iyo.