Механични вибрации: какво е това?

Времето трябва да бъде посветено на кратко есе за колебателно движение. Но първо трябва да отговорите на един важен въпрос. Какво се разбира под механични вибрации? Под тях те означават движение, по време на което наблюдаваното тяло многократно заема същите позиции в пространството.

Физиците разграничават непериодични и периодични колебания. Първите включват тези, при които координатите и другите характеристики на тялото не могат да бъдат описани с помощта на периодични функции на времето. С втори изглед е по-лесно. Периодичните колебания са тези, които могат да бъдат описани с помощта на периодични функции на времето. Но какво означават те? В физиката трептенията често се разбират и като процеси, които се повтарят до известна степен във времето. И отделно по отношение на разглежданата тема, следва да се каже следното. Механичните колебания могат да бъдат класифицирани условно, както следва:

1. В зависимост от условията на възникване:
1. принудени;
2. Самостоятелно трептения;
3. Безплатно.
2. В зависимост от промяната на кинетичната енергия във времето:
1. хармонична;
2. назъбен трион;
3. Заглушени.

Статията ще разгледа не всички, а само някои видове вибрации. Трябва също да споменем формулите, тяхното използване и разнообразие. Накратко, много от тях. Разнообразието, в което са представени механичните колебания, формули за определяне на техните параметри, подтикна учените да създадат отделни справочници, предназначени за конкретни ситуации. Не е необходимо сами да измисляте нещо. При създаването на трептяща система ще е необходимо само да се прекара половин час или час, за да се намери формула за конкретна ситуация.

Характеристика на механичните вибрации

Физическите величини се използват за характеризиране на механичните вибрации, които осигуряват необходимите данни. Амплитудата на колебание е най-голямото отклонение на тялото, което се измества от първоначалната стойност на позицията. И какъв е периодът? В него вибрациите са времето, през което тялото трябва да повтори всичките си движения, или с други думи, е необходимо да се извърши едно повторение на движение. Какво означава честота? Под нея се разбира числото, равно на броя на трептенията, направени за една единица време. Често в домашни, училищни и университетски експерименти честотата на вземане на една секунда. Цикличната честота често се използва вместо понятието за броя на осцилациите, които възникват за единица време, и предполага неговото изчисление, което е необходимо за извършване на един такъв цикъл.

Хармонични механични вибрации

Под хармонични колебания се имат предвид тези от тях, чиято физическа величина, избрана за характеристиката, варира на интервал от време под формата на синусоидална крива, която е лесно да се покаже в графичен режим. Когато промените координатите материална точка според хармоничния закон импулсът, скоростта и ускорението също се променят според него.

Свободни колебания

Когато трептенето е направено в системата поради първоначалната енергия, то се нарича свободно. Като практическо проявление на този вид физически процес се използват специални модели: пружини и математически махала. Те ви позволяват да работите с най-често срещаните ситуации. Като математическо махало, те заемат точка, която осцилира и виси на неразтворима и безтеглостна нишка. Няма такова устройство на земята. Следователно, най-близо до теоретичния модел е структура, съставена от топка, чийто диаметър (размер) е значително по-малък от дължината на нишката. Необходимо е да се извършват физически действия. Отклонете такава топка от първоначалната си позиция и я освободете. И така всеки експериментатор ще може да види механични вибрации. Периодът, както и тяхната честота, зависят единствено от параметрите на системата: дължината на нишката на математическото махало, твърдостта на пружината и масата на товара (важни за пружинното махало). Поради това свободни трептения нарича се също собствени колебания на системата. Това е съвсем логично. А честотата, с която всичко се случва, се нарича системна.

Трансформацията на енергията по време на механични вибрации

Потенциал и кинетична енергия когато тялото се движи един в друг. Същото е и обратното. Когато системата се отклонява от първоначалното равновесно положение до най-голямата възможна стойност, потенциалната енергия също достига своята максимална стойност, а кинетиката на тялото - минимална. Отделно, трябва да се каже за едно погрешно схващане, популярно сред хората. Когато се достигне равновесие, потенциална енергия се намира на неговия минимум (тук обикновено се счита, че е нула), докато кинетиката (и това е инерцията на тялото и скоростта на нейното движение) достига максимум. На практика се взема предвид нещо друго. В реалните системи има не-потенциални сили, чиято стойност не е равна на нула. Енергията на системата се губи поради работата на носещите сили, триенето на въздуха, вътрешните сили на пружината или окачването. Амплитудата на трептенията на тялото постепенно намалява. Такива трептения се наричат ​​демпферирани. ако сила на триене е твърде голям, цялото енергийно захранване може да се консумира в рамките на един период на трептене, а движението на тялото няма да бъде периодично.

Принудителни вибрации

Под принудителните колебания разбират онези от тях, които възникват под въздействието на външна сила, изпълняваща работа, която се променя във времето. Има и друга формулировка. Поради външния приток на енергия, той се поддържа в системата на достатъчно ниво, така че да се получат действителните колебания. За да разберем това, е необходимо да направим паралели с реалността. Пример за субект, който прави този вид трептения, е люлка, на която седи един човек, а вторият я люлее. Има един нюанс. Ако външна сила компенсира загубата на енергия в системата непрекъснато или периодично, без да спира процеса на самото трептене, те се наричат ​​принудителни без избледняване.

От обхвата може да се отбележи следното. Амплитудата на принудителните колебания се определя изцяло от силата, която действа отвън, както и от съотношението между естествените честоти на участниците в процеса. И тук има едно интересно явление. При принудителни колебания може периодично да се наблюдава рязко увеличаване на амплитудата, което се нарича резонанс.

резонанс

Това се случва в случаите, когато силата, която влияе на системата, става много близка до честотата на колебанията. Възможен е друг вариант. В случай, че честотата на силата на въздействие е кратна на осцилациите на самата система, върху която тя действа, също се появява резонанс. Как е изобразен графично? Зависимостта на амплитудите на колебанията на системата от честотата на засягащата сила се изразява с помощта на резонансната крива.

Автоматични колебания

Тяхното използване на автоколебание се намира в техниката. Те съществуват там, където се поддържат постоянни колебания благодарение на енергийния източник, който може автоматично да включва и изключва самата система. В такива случаи можете сериозно да обмислите въпроса за присвояване на автоколебателен статус на системата. Защо? Моментът, в който е необходимо да се подаде енергия за колебание, се следи от подсистемата, отговаряща за обратната връзка. В зависимост от параметрите на тялото, тя може да повлияе силно и незабавно или постепенно и постепенно. Тя може да отвори или затвори възможността енергията да се влее в цялата система. Това е основната й задача. Като пример за автоколебателна система можем да си припомним часовник с махало, където енергийният източник е тегло, а механизмът на закрепване успешно се справя с ролята на подсистемата за обратна връзка, която регулира кинетичния поток, от който зависят механичните колебания.

Параметрични колебания

При този тип трептения се определят тези, които се случват в системи, които периодично променят своите параметри. Какво можете да кажете за тях? Единственото, което определя амплитудата и силата на осцилиращата система, са нейните параметри.