Oscilacije: mehaničke i elektromagnetske. Slobodne i prisilne vibracije. svojstvo

Jedna od najzanimljivijih tema u fizici su oscilacije. Proučavanje mehanike usko je povezano s njima, s načinom na koji se ponašaju tijela koja su zahvaćena jednom ili drugom silom. Dakle, proučavajući oscilacije, možemo promatrati klatne, vidjeti ovisnost amplitude oscilacija o duljini navoja na kojem tijelo visi, krutosti opruge i težini opterećenja. Unatoč prividnoj jednostavnosti, ova tema je daleko od toga da se svima daje jednako lako kao što bismo željeli. Stoga smo odlučili prikupiti najpoznatije informacije o vibracijama, njihovim vrstama i svojstvima te sastaviti za vas kratak sažetak o ovoj temi. Možda će vam to biti korisno.

Definicija pojma

Prije nego što govorimo o pojmovima kao što su mehanička, elektromagnetska, slobodna, prisilna oscilacija, o njihovoj prirodi, karakteristikama i vrstama, uvjetima pojave, treba definirati taj koncept. Dakle, u fizici, oscilacija je naziv stalno mijenjajućeg procesa promjene stanja oko jedne točke u prostoru. Najjednostavniji primjer je njihalo. Svaki put kad oscilira, ona odstupa od određene vertikalne točke, prvo prema jednoj, a zatim prema drugoj. Teorija oscilacija i valova proučava fenomen.

Uzroci i uvjeti pojave

Kao i svaki drugi fenomen, oscilacije se javljaju samo ako su zadovoljeni određeni uvjeti. Mehaničke prisilne oscilacije, kao što su slobodne, javljaju se u uvjetima kao što su:

1. Prisutnost sile koja uklanja tijelo iz stanja stabilne ravnoteže Na primjer, guranje matematičkog klatna na kojem počinje pokret.

2. Prisutnost minimuma sile trenja u sustavu. Kao što je dobro poznato, trenje usporava određene fizikalne procese. Što je veća sila trenja, manja je vjerojatnost pojave oscilacija.

3. Jedna od sila mora ovisiti o koordinatama. To jest, tijelo mijenja svoj položaj u određenom koordinatnom sustavu u odnosu na određenu točku.

Vrste vibracija

Baveći se činjenicom da je takva fluktuacija, proučimo njihovu klasifikaciju. Dvije su najpoznatije klasifikacije - po fizičkoj prirodi i po prirodi interakcije s okolinom. Dakle, prema prvom znaku, emitiraju se mehanički i elektromagnetski, a prema drugom, slobodne i prisilne vibracije. Tu su i samo-oscilacije, prigušene oscilacije. Ali govorit ćemo samo o prva četiri tipa. Pogledajmo pobliže svaki od njih, saznajte koje su njihove osobine, a također dajemo vrlo kratak opis njihovih glavnih obilježja.

mehanički

Upravo mehaničkim početkom proučava oscilacije u školskom tijeku fizike. Učenici započinju svoje poznavanje s njima odjeljak fizike kao mehaničar. Imajte na umu da se ovi fizikalni procesi odvijaju u okolini i možemo ih promatrati golim okom. S takvim vibracijama tijelo više puta izvodi isto kretanje, prolazeći određenu poziciju u prostoru. Primjeri takvih oscilacija su isti klatni, vibracije vilice za ugađanje ili gitare, kretanje lišća i grana na stablu i ljuljačka.

elektromagnetski

Nakon takvog koncepta kao što su mehaničke oscilacije čvrsto naučene, proučavanje elektromagnetskih oscilacija, koje su složenije u svojoj strukturi, počinje, budući da ova vrsta teče u različitim električni krugovi. U tom procesu, oscilacije se promatraju u električnim i magnetskim poljima. Unatoč činjenici da elektromagnetska oscilacija imaju malo drugačiju prirodu pojave, zakoni za njih su isti kao i za mehaničke. Kada elektromagnetska oscilacija može promijeniti ne samo intenzitet elektromagnetskog polja, nego i takva svojstva kao jakost naboja i struje. Također je važno napomenuti da postoje slobodne i prisilne elektromagnetske oscilacije.

Slobodne oscilacije

Ova vrsta oscilacija događa se pod utjecajem unutarnjih sila kada je sustav izveden iz stanja stabilne ravnoteže ili mirovanja. Slobodne oscilacije su uvijek prigušene, što znači da se njihova amplituda i frekvencija s vremenom smanjuju. Živopisan primjer ove vrste ljuljanja je kretanje tereta koji je suspendiran s konca i oscilira s jedne strane na drugu; opterećenje priključeno na proljeće, a zatim pada pod djelovanjem gravitacije, a zatim se diže pod djelovanjem proljeća. Usput rečeno, ovakvoj vrsti oscilacija posvećena je pozornost pri proučavanju fizike. I većina zadataka je posvećena slobodnim oscilacijama, a ne prisilnim.

primoran

Unatoč činjenici da studenti ovakav proces proučavaju manje detaljno, u prirodi se najčešće javljaju prisilne oscilacije. Vrlo jasan primjer tog fizičkog fenomena može biti kretanje grana u drveću u vjetrovitom vremenu. Takve fluktuacije uvijek se događaju pod utjecajem vanjskih čimbenika i sila, a pojavljuju se u svakom trenutku.

Oscilacijska svojstva

Kao i svaki drugi proces, vibracije imaju svoje osobine. Postoji šest glavnih parametara oscilatornog procesa: amplituda, period, frekvencija, faza, pomak i ciklička frekvencija. Naravno, svaka od njih ima svoje oznake, kao i mjerne jedinice. Pogledajmo ih detaljnije, fokusirajući se na kratak opis. U ovom slučaju, nećemo naslikati formule koje se koriste za izračunavanje određene vrijednosti, kako ne bismo zbunili čitatelja.

premještanje

Prvi je pomak. Ova karakteristika pokazuje odstupanje tijela od točke ravnoteže u danom vremenu. Mjeri se u metrima (m), opće prihvaćena oznaka je x.

Amplituda oscilacija

Ova vrijednost označava najveće pomicanje tijela iz točke ravnoteže. U prisutnosti kontinuirane oscilacije je konstantna vrijednost. Mjeri se u metrima, opće prihvaćena oznaka je x _m .

Razdoblje zamaha

Druga vrijednost koja označava vrijeme tijekom kojega dolazi do potpune oscilacije. Općenito prihvaćen zapis je T, mjereno u sekundama (s).

frekvencija

Posljednja značajka o kojoj ćemo govoriti je frekvencija oscilacija. Ova vrijednost označava broj oscilacija u određenom vremenskom razdoblju. Mjeren u Hertz (Hz) i označen kao ν.

Vrste njihala

Dakle, rastavili smo prisilne vibracije, govorili o slobodnom, što znači da bismo trebali spomenuti i vrste njihala koje se koriste za stvaranje i proučavanje slobodnih vibracija (u školskim uvjetima). Ovdje možemo razlikovati dvije vrste - matematički i harmonijski (proljeće). Prvi je svojevrsno tijelo suspendirano od nerastavljive niti, čija je veličina jednaka l (glavna značajna količina). Drugi je opterećenje pričvršćeno na oprugu. Važno je znati masu opterećenja (m) i krutost opruge (k).

nalazi

Tako smo shvatili da postoje mehaničke i elektromagnetske oscilacije, dali su njihove kratke karakteristike, opisali uzroke i uvjete za pojavu tih vrsta oscilacija. Rekli su nekoliko riječi o glavnim karakteristikama tih fizičkih pojava. Također smo razumjeli činjenicu da postoje prisilne oscilacije i slobodne. Utvrđeno je kako se međusobno razlikuju. Osim toga, rekli smo i nekoliko riječi o pendulama koje se koriste u proučavanju mehaničkih vibracija. Nadamo se da su vam ove informacije bile korisne.