Колебания: механични и електромагнитни. Свободни и принудителни вибрации. особеност

Една от най-интересните теми във физиката са трептенията. Изучаването на механиката е тясно свързано с тях, с начина, по който се държат телата, които са засегнати от една или друга сила. И така, изучавайки трептенията, можем да наблюдаваме махалата, да видим зависимостта на амплитудата на трептене от дължината на нишката, върху която тялото виси, сковаността на пружината и теглото на товара. Въпреки привидната простота, тази тема далеч не е дадена на всички толкова лесно, колкото бихме искали. Затова решихме да съберем най-добре познатата информация за вибрациите, техните видове и свойства и да съберем за вас кратко резюме по тази тема. Може би ще ви бъде полезно.

Дефиниция на концепцията

Преди да говорим за понятия като механични, електромагнитни, свободни, принудителни колебания, за тяхното естество, характеристики и видове, условия на възникване, това понятие трябва да се дефинира. Така във физиката осцилацията е името на непрекъснато повтарящия се процес на промяна на състоянието около една точка в пространството. Най-простият пример е махалото. Всеки път, когато тя се колебае, тя се отклонява от определена вертикална точка, първо до една и след това до другата страна. Теорията за колебанията и вълните изучава явлението.

Причини и условия на възникване

Подобно на всяко друго явление, трептенията възникват само ако са изпълнени определени условия. Механичните принудителни колебания, като свободните, възникват при условия като:

1. Наличието на сила, която премахва тялото от състояние на стабилно равновесие. Например, натискане на математическо махало, при което започва движението.

2. Наличието на минимум сили на триене в системата. Както е добре известно, триенето забавя определени физични процеси. Колкото по-голяма е силата на триене, толкова по-малко вероятно е появата на трептения.

3. Една от силите трябва да зависи от координатите. Тоест, тялото променя позицията си в определена координатна система спрямо определена точка.

Видове вибрации

След като се справихме с факта, че такова колебание, нека да разгледаме тяхната класификация. Има две от най-известните класификации - по физическа природа и по характер на взаимодействие с околната среда. Така, според първия знак, се излъчват механични и електромагнитни, а според втората - свободни и принудителни вибрации. Има и собствени колебания, затихващи колебания. Но ще говорим само за първите четири типа. Нека разгледаме по-отблизо всеки един от тях, да разберем техните характеристики и да дадем кратко описание на основните им характеристики.

механичен

Именно с механичното започва изучаването на трептенията в училищния курс по физика. Учениците започват своето запознаване с тях раздела за физика като механик. Обърнете внимание, че тези физически процеси протичат в околната среда и можем да ги наблюдаваме с просто око. При такива вибрации тялото многократно изпълнява същото движение, преминавайки определено положение в пространството. Примери за такива трептения са едни и същи махала, вибрациите на камертоните или китарата, движението на листата и клоните на дървото и люлката.

електромагнитна

След такава концепция, когато механично колебанията се научат здраво, започва изучаването на електромагнитни колебания, които са по-сложни в тяхната структура, тъй като този вид се влива в различни електрически вериги. В този процес се наблюдават колебания както в електрически, така и в магнитни полета. Въпреки факта, че електромагнитни колебания имат малко по-различен характер на възникване, законите за тях са същите като за механичните. Когато електромагнитните колебания могат да променят не само интензивността на електромагнитното поле, но и такива характеристики като силата на заряда и тока. Важно е също да се отбележи, че има свободни и принудителни електромагнитни трептения.

Свободни колебания

Този тип трептения се случва под въздействието на вътрешни сили, когато системата е извлечена от състояние на стабилно равновесие или почивка. Свободните трептения винаги са заглушени, което означава, че тяхната амплитуда и честота намаляват с времето. Ярък пример за такъв вид люлеене е движението на товар, окачен от нишката и осцилиращ от едната страна на другата; товар, прикрепен към пружината, след което пада под действието на гравитацията, след което се издига под действието на пролетта. Между другото, именно този вид осцилации са обект на внимание при изучаването на физиката. И повечето от задачите са посветени на свободните трептения, а не на принудителните.

принудени

Независимо от факта, че този вид процес се изучава от студентите по-малко детайлно, най-често се срещат принудителните колебания в природата. Един доста ярък пример за това физическо явление може да бъде движението на клони на дървета при ветровито време. Такива флуктуации винаги се проявяват под влиянието на външни фактори и сили и те възникват във всеки един момент.

Характеристики на трептенията

Както всеки друг процес, вибрациите имат свои собствени характеристики. Съществуват шест основни параметъра на колебателния процес: амплитуда, период, честота, фаза, изместване и циклична честота. Естествено, всеки от тях има свои обозначения, както и мерни единици. Нека ги разгледаме по-подробно, като се съсредоточим върху кратко описание. В този случай няма да нарисуваме формулите, които се използват за изчисляване на определена стойност, за да не се обърка читателя.

изместване

Първият е офсет. Тази характеристика показва отклонението на тялото от точката на равновесие в даден момент. Измерва се в метри (m), общоприетото обозначение е x.

Амплитуда на трептенията

Тази стойност показва най-голямото изместване на тялото от точката на равновесие. При наличие на непрекъснато колебание е постоянна стойност. Измерва се в метри, общоприетото обозначение е x _m .

Период на завъртане

Друга стойност, която показва времето, през което се извършва едно пълно колебание. Общоприетата нотация е Т, измерена в секунди (s).

честота

Последната функция, за която ще говорим, е честота на трептенията. Тази стойност показва броя на трептенията за определен период от време. Измерва се в Hertz (Hz) и се обозначава като ν.

Видове махала

И така, разглобихме принудителните вибрации, говорихме за свободни, което означава, че трябва да споменем и видовете махали, които се използват за създаване и изучаване на свободните вибрации (в училищни условия). Тук можем да разграничим два вида - математически и хармоничен (пролетен). Първият е вид тяло, окачено на неразтегаема нишка, чийто размер е равен на l (основното значително количество). Вторият е товар, прикрепен към пружината. Важно е да се знае масата на товара (m) и твърдостта на пружината (k).

данни

Затова разбрахме, че има механични и електромагнитни колебания, дадохме кратката им характеристика, описахме причините и условията за възникване на тези типове трептения. Те казаха няколко думи за основните характеристики на тези физически явления. Разбрахме и факта, че има принудителни колебания и свободни. Решихме как те се различават един от друг. Освен това казахме няколко думи за махалите, използвани при изследването на механичните вибрации. Надяваме се, че тази информация е полезна за вас.