Mehaničke vibracije: što je to?

Vrijeme treba posvetiti kratkom eseju o oscilatornim kretanjima. Ali prvo morate odgovoriti na jedno važno pitanje. Što se podrazumijeva pod mehaničkim vibracijama? Pod njima se podrazumijeva pokret, tijekom kojeg promatrano tijelo opetovano zauzima iste položaje u prostoru.

Fizičari razlikuju neperiodične i periodične oscilacije. Prvi uključuju one od kojih se koordinate i druge karakteristike tijela ne mogu opisati periodičkim funkcijama vremena. S drugim pogledom je lakše. Periodične oscilacije su one koje se mogu opisati periodičkim funkcijama vremena. Ali što oni znače pod tim? U fizici, oscilacije se također često shvaćaju kao procesi koji se u određenoj mjeri ponavljaju u vremenu. A posebno u odnosu na temu koja se razmatra, treba reći sljedeće. Mehaničke oscilacije mogu se uvjetno klasificirati na sljedeći način:

1. Ovisno o uvjetima nastanka:
1. prisiljeni;
2. Self-oscilacije;
3. Besplatno.
2. Ovisno o promjeni kinetičke energije tijekom vremena:
1. harmonika;
2. pilasti;
3. Prigušene.

Članak će uzeti u obzir ne sve, već samo neke vrste vibracija. Treba spomenuti i formule, njihovu uporabu i raznolikost. Ukratko, mnogo njih. Raznolikost u kojoj su prikazane mehaničke oscilacije, formule za određivanje njihovih parametara, potaknule su znanstvenike na stvaranje zasebnih referentnih knjiga namijenjenih specifičnim situacijama. Ne morate sami izmišljati ništa. Prilikom stvaranja oscilatornog sustava potrebno je provesti samo pola sata ili sat kako bi pronašli formulu za određenu situaciju.

Karakteristične mehaničke vibracije

Za određivanje mehaničkih vibracija, koje daju potrebne podatke, koriste se fizičke veličine. Amplituda oscilacija je najveće odstupanje tijela, koje se mijenja od početne vrijednosti položaja. I koje je razdoblje? U njoj, vibracije su vrijeme koje tijelo treba ponoviti sve svoje pokrete, ili drugim riječima, potrebno je izvesti jedno ponavljanje pokreta. Što se podrazumijeva pod frekvencijom? Pod njim razumjeti broj jednak broju oscilacija napravljenih za jednu jedinicu vremena. Često u kućnim, školskim i sveučilišnim pokusima učestalost uzimanja jedne sekunde. Ciklična frekvencija se često koristi umjesto pojma o broju oscilacija koje se javljaju po jedinici vremena i podrazumijeva njegov izračun, koji je potreban za izvođenje jednog takvog ciklusa.

Harmonične mehaničke vibracije

Pod harmoničkim oscilacijama podrazumijevaju se one od njih čija se fizička veličina odabrana za karakteristiku mijenja na vremenskom intervalu u obliku sinusoidne krivulje, koja se lako prikazuje u grafičkom modu. Kada promijenite koordinatu materijalna točka prema harmonijskom zakonu, impuls, brzina i ubrzanje također se razlikuju prema njemu.

Slobodne oscilacije

Kada je oscilacija napravljena u sustavu zbog početne energije, naziva se slobodna. Kao praktičan prikaz ove vrste fizičkog procesa koriste se posebni modeli: proljeće i matematički njihali. Oni vam omogućuju da radite s najčešćim situacijama. Kao matematički klatno, oni zauzimaju točku koja oscilira i visi na neraskidivoj i bestežinskoj niti. Na zemlji nema takvog uređaja. Stoga je najbliži teorijskom modelu struktura sastavljena od kugle čiji je promjer (veličina) znatno manji od duljine konca. Potrebno je izvršiti fizičke radnje. Sklonite takvu loptu iz početnog položaja i otpustite. I tako će svaki eksperimentator moći vidjeti mehaničke vibracije. Razdoblje, kao i njihova učestalost, ovise isključivo o parametrima sustava: duljini matematičkog klatna, krutosti opruge i masi opterećenja (važnom za klatno opruge). Zbog toga slobodne oscilacije također se nazivaju vlastitim oscilacijama sustava. To je sasvim logično. A frekvencija s kojom se sve događa zove se sistemska.

Transformacija energije tijekom mehaničkih vibracija

Potencijal i kinetička energija kada se tijelo kreće jedna u drugu. Isto je suprotno. Kada sustav odstupi od početnog položaja ravnoteže do najveće moguće vrijednosti, potencijalna energija također doseže svoju maksimalnu vrijednost, dok je kinetika tijela minimalna. U međuvremenu, treba reći za jednu zabludu, popularnu među ljudima. Kada se postigne ravnoteža, potencijalne energije nalazi se na svom minimumu (ovdje se obično smatra nula), dok kinetika (i to je i zamah tijela i brzina njegovog kretanja) dostiže maksimum. U praksi se uzima u obzir nešto drugo. U realnim sustavima postoje ne-potencijalne sile čija vrijednost nije jednaka nuli. Energija sustava se gubi zbog rada potpornih sila, trenja zraka, unutarnjih sila opruge ili ovjesa. Postupno se smanjuje amplituda oscilacija tijela. Takve se oscilacije nazivaju prigušene. ako sila trenja je prevelika, cijela energija može se potrošiti unutar jednog perioda oscilacija, a kretanje tijela neće biti periodično.

Prisilne vibracije

Pod prisilnim oscilacijama razumjeti one od njih koje se javljaju pod utjecajem vanjske sile, obavljajući posao koji se mijenja u vremenu. Postoji još jedan tekst. Zbog vanjskog dotoka energije, on se održava u sustavu na dovoljnoj razini tako da se događaju stvarne oscilacije. Da bismo to razumjeli, potrebno je usporediti stvarnost. Primjer subjekta koji stvara ovu vrstu oscilacija je zamah, na kojem sjedi jedna osoba, a druga ga zamahuje. Postoji jedna nijansa. Ako vanjska sila kompenzira gubitak energije u sustavu neprekidno ili povremeno, bez zaustavljanja samog procesa oscilacija, oni se nazivaju prisilnim nebazivanjem.

Na rasponu se može uočiti sljedeće. Amplituda prisilnih oscilacija u potpunosti je određena silom koja djeluje izvana, kao i omjerom prirodnih frekvencija uključenih strana u proces. I tu je jedan zanimljiv fenomen. Kada se prinudne oscilacije mogu povremeno promatrati, dolazi do oštrog povećanja amplitude, što se naziva rezonancijom.

rezonancija

To se događa u slučajevima kada sila koja utječe na sustav postaje vrlo blizu frekvenciji oscilacija. Moguća je i druga mogućnost. U slučaju da je frekvencija utjecajne sile višestruka oscilacija samog sustava, na kojem djeluje, javlja se i rezonancija. Kako je to grafički prikazano? Ovisnost amplituda oscilacija sustava o frekvenciji utjecajne sile izražena je pomoću rezonantne krivulje.

Automatske oscilacije

Njihova upotreba samo-oscilacija pronađena u tehnici. Oni postoje tamo gdje se održavaju oscilacije zahvaljujući izvoru energije, koji može automatski uključiti i isključiti sam sustav. U takvim slučajevima, možete ozbiljno razmotriti pitanje dodjeljivanja statusa samooscilirajućeg sustava sustavu. Zašto? Podsustav koji je odgovoran za povratnu informaciju prati trenutak kada je potrebno napajati energiju za oscilacije. Ovisno o parametrima tijela, može snažno i odmah utjecati ili postupno i postupno. Može otvoriti ili zatvoriti mogućnost da energija uđe u cjelokupni sustav. To je njezin glavni zadatak. Kao primjer samo-oscilirajućeg sustava, možemo podsjetiti na sat klatna, gdje je izvor energije težina, a sidreni mehanizam uspješno rješava ulogu povratnog podsustava koji regulira kinetički tok, od kojeg ovise mehaničke oscilacije.

Parametarske oscilacije

Pod tom vrstom oscilacija definiraju se one koje se javljaju u sustavima koji povremeno mijenjaju svoje parametre. Što možete reći o njima? Jedino što određuje amplitudu i snagu oscilirajućeg sustava su njegovi parametri.