Mechanické vibrace: co to je?

Čas by měl být věnován krátké eseji o oscilačním pohybu. Ale nejprve musíte odpovědět na jednu důležitou otázku. Co znamená mechanické vibrace? Jejich názvem znamená pohyb, během kterého pozorované tělo opakovaně zaujímá stejné pozice v prostoru.

Fyzici rozlišují neperiodické a periodické oscilace. První zahrnují ty, jejichž souřadnice a další charakteristiky těla nelze popsat pomocí periodických funkcí času. S druhým náhledem je jednodušší. Periodické kmity jsou ty, které lze popsat pomocí periodických funkcí času. Ale co tím myslí? Ve fyzice jsou kmity také často chápány jako procesy, které se do jisté míry opakují v čase. A zvlášť s ohledem na téma, o kterém se jedná, je třeba říci následující. Mechanické oscilace mohou být podmíněně klasifikovány následovně:

1. V závislosti na podmínkách výskytu:
1. Nuceně;
2. Vlastní oscilace;
3. Zdarma
2. V závislosti na změně kinetické energie v čase:
1. Harmonic;
2. Pilník;
3. Blednutí.

Článek nezvažuje všechny, ale pouze některé typy vibrací. Měli bychom také zmínit vzorce, jejich využití a rozmanitost. Stručně řečeno, spousta z nich. Odrůda, ve které jsou prezentovány mechanické oscilace, vzorce pro stanovení jejich parametrů, přiměly vědce k vytvoření samostatných referenčních knih určených pro konkrétní situace. Není nutné vymýšlet nic sami. Při vytváření oscilačního systému bude nutné pouze strávit půl hodiny nebo hodinu, než se najde vzorec pro konkrétní situaci.

Charakteristika mechanických vibrací

Fyzikální veličiny se používají k charakterizaci mechanických vibrací, které poskytují potřebná data. Amplituda kmitání je největší odchylka těla, která se otáčí od počáteční hodnoty polohy. A jaká je doba? V tom jsou vibrace čas, kdy tělo potřebuje opakovat všechny své pohyby, nebo jinými slovy, vyžaduje jedno opakování pohybu. Co se rozumí podle frekvence? Pod ním rozumí počet rovný počtu kmitů provedených za jednu jednotku času. Často v domácích, školních a univerzitních pokusech o frekvenci trvání jedné vteřiny. Cyklická frekvence se často používá namísto pojmu počtu kmitů, které se vyskytují za jednotku času, a implikuje její výpočet, který je nezbytný pro provedení jednoho takového cyklu.

Harmonické mechanické vibrace

Harmonickými kmity se rozumí ty, jejichž fyzikální veličina, vybraná pro charakteristiku, se mění v časovém intervalu ve formě sínusové křivky, která se v grafickém režimu snadno zobrazuje. Když změníte souřadnice materiální bod podle harmonického zákona se impuls, rychlost a zrychlení také liší podle toho.

Volné oscilace

Když je oscilace v systému způsobena počáteční energií, je volána volná. Jako praktické zobrazení tohoto typu fyzického procesu se používají speciální modely: jarní a matematické kyvadla. Umožňují vám pracovat s nejčastějšími situacemi. Jako matematické kyvadlo zaujímají bod, který osciluje a visí na nevýbušném a beztížném vlákně. Na Zemi takové zařízení neexistuje. Proto je nejblíže teoretickému modelu struktura sestávající z koule, jejíž průměr (velikost) je výrazně menší než délka nitě. Je nutné provést fyzické akce. Vyjměte takový míč z jeho počáteční polohy a uvolněte. A tak každý experimentátor bude schopen vidět mechanické vibrace. Období a jejich četnost závisí výlučně na parametrech systému: délka matematického závitu kyvadla, pružinová tuhost a hmotnost zatížení (důležité pro pružinové kyvadlo). Z tohoto důvodu bez oscilací nazývané také oscilace systému. Je to docela logické. Frekvence, se kterou se vše děje, se nazývá systém.

Přeměna energie při mechanických vibracích

Potenciál a kinetické energie když se tělo pohybuje do sebe. A totéž je opak. Když se systém odchýlí od počáteční rovnovážné polohy na největší možnou hodnotu, potenciální energie také dosáhne své maximální hodnoty, zatímco kinetika těla - minimální. Samostatně by se mělo říci o jedné mylné představě, která je populární mezi lidmi. Když je dosaženo rovnováhy, potenciální energie (obvykle je zde považována za nulu), zatímco kinetika (a to je i hybnost těla a rychlost jeho pohybu) dosahuje maxima. V praxi se vezme v úvahu něco jiného. V reálných systémech existují nepotencionální síly, jejichž hodnota není nula. Energie systému je zbytečná díky práci podpůrných sil, vzduchového tření, vnitřních pružinových sil nebo zavěšení. Amplituda kmitání těla postupně klesá. Takové kmity se nazývají tlumené. Pokud třecí síla je příliš velký, může být celý zdroj energie spotřebován během jediného oscilačního období a pohyb těla nebude pravidelný.

Nucené vibrace

Pod nucenými kmity rozumějí ty z nich, které se vyskytují pod vlivem vnější síly, provádějící práci, která se mění v čase. Existuje další znění. Díky vnějšímu přílivu energie je v systému udržován na dostatečné úrovni, aby došlo ke skutečnému kmitání. Abychom to pochopili, je třeba nakreslit paralely s realitou. Příkladem objektu, který provádí tento druh kmitání, je houpačka, na němž sedí jedna osoba a druhá se houpá. Je tu jedna nuance. Pokud externí síla kompenzuje ztrátu energie v systému nepřetržitě nebo pravidelně, aniž by zastavila samotný proces kmitání, nazývá se to bez vyblednutí.

Na rozsah lze zaznamenat následující. Amplituda nucených kmitů je zcela určena silou, která působí zvenčí, a poměrem mezi přirozenými frekvencemi stran zapojených do procesu. A zde je jeden zajímavý jev. Při nucených oscilacích může být pravidelně pozorováno prudké zvýšení amplitudy, což se nazývá rezonance.

Rezonance

Vyskytuje se v případech, kdy síla, která ovlivňuje systém, se velmi blíží frekvenci oscilace. Další možnost je možná. V případě, že frekvence ovlivňující síly je násobkem oscilací samotného systému, na němž působí, dochází také k rezonanci. Jak je graficky zobrazen? Závislost amplitud oscilace systému na kmitočtu ovlivňující síly je vyjádřena pomocí rezonanční křivky.

Automatické oscilace

Jejich použití vlastního kmitání bylo nalezeno v této technice. Existují tam, kde jsou zachovány trvalé kmity díky zdroji energie, který může automaticky zapnout a vypnout samotný systém. V takových případech můžete vážně zvážit problém přiřazení vlastního oscilačního stavu systému. Proč Okamžik, kdy je nutné dodávat energii pro oscilaci, je sledován subsystémem odpovědným za zpětnou vazbu. V závislosti na parametrech těla může ovlivňovat silně a okamžitě, nebo postupně a postupně. Může otevřít nebo uzavřít příležitost pro přivádění energie do celkového systému. To je její hlavní úkol. Jako příklad oscilačního systému můžeme připomenout kyvadlové hodiny, kde zdroj energie je váha, a kotevní mechanismus se úspěšně vyrovná s úlohou zpětnovazebního subsystému, který reguluje tok kinetiky, na němž závisí mechanické vibrace.

Parametrické oscilace

V tomto typu kmitání jsou definovány ty, které se vyskytují v systémech, které periodicky mění své parametry. Co o nich můžete říct? Jedinou věcí, která určuje amplitudu a sílu oscilačního systému, jsou jeho parametry.