Kmity: mechanické a elektromagnetické. Volné a nucené vibrace. Charakteristický
Jedním z nejzajímavějších témat ve fyzice je oscilace. Studium mechaniky je s nimi úzce spojeno, jak se chovají těla, která jsou postižena jednou nebo druhou silou. Takže když studujeme oscilace, můžeme pozorovat kyvadla, vidíme závislost amplitudy kmitání na délce závitu, na které tělo visí, na tuhosti pružiny a na hmotnosti zátěže. I přes zdánlivou jednoduchost není toto téma daleko od toho, jak bychom rádi, dali každému tak snadno. Proto jsme se rozhodli shromáždit nejznámější informace o vibracích, jejich typech a vlastnostech a sestavit pro vás stručný přehled o tomto tématu. Možná vám to bude užitečné.
Definice konceptu
Předtím, než mluvíme o takových pojmech jako mechanické, elektromagnetické, volné, nucené oscilace, o jejich povaze, charakteristikách a druzích, podmínkách výskytu, by měl být tento pojem definován. Ve fyzice tedy oscilace je jméno neustále se opakujícího procesu změny stavu kolem jednoho bodu ve vesmíru. Nejjednodušším příkladem je kyvadlo. Pokaždé, když osciluje, odchyluje se od určitého svislého bodu, nejprve na jeden a pak na druhou stranu. Teorie oscilací a vln zkoumá fenomén.
Příčiny a podmínky výskytu
Jako každý jiný jev, k oscilace dochází pouze v případě, že jsou splněny určité podmínky. Mechanické nucené oscilace, jako jsou ty volné, se vyskytují v situacích, jako jsou:
1. Přítomnost síly, která odstraňuje tělo ze stavu stabilní rovnováhy. Například tlačení matematického kyvadla, při kterém začíná pohyb.
2. Přítomnost minima třecí síly v systému. Jak je dobře známo, tření zpomaluje určité fyzikální procesy. Čím větší je třecí síla, tím menší je pravděpodobnost výskytu kmitů.
3. Jedna síla musí záviset na souřadnicích. To znamená, že tělo změní svou polohu v určitém souřadném systému vzhledem k určitému bodu.
Druhy vibrací
Když jsme se zabývali skutečností, že taková kolísání, zkoumme jejich klasifikaci. Existují dvě nejznámější klasifikace - fyzickou povahou a povahou interakce s prostředím. Takže podle prvního znamení jsou vyzařovány mechanické a elektromagnetické a podle druhého volné a nucené vibrace. Existují také oscilace, tlumené oscilace. Ale budeme mluvit pouze o prvních čtyřech typech. Podívejme se blíže na každou z nich, zjistíme jejich rysy a dáme také velmi stručný popis jejich hlavních charakteristik.
Mechanické
Je to s mechanickým začíná studium kmitání ve škole fyziky. Studenti se s nimi seznámí v takovém případě v části fyziky jako mechanik. Mějte na paměti, že tyto fyzikální procesy probíhají v prostředí a můžeme je pozorovat pouhým okem. Při takových vibracích tělo opakovaně provádí stejný pohyb a prochází určitou polohou v prostoru. Příklady takových oscilací jsou stejné kyvadla, vibrace ladící vidlice nebo kytarové struny, pohyb listů a větví ve stromu a houpačka.
Elektromagnetické
Poté, co se taková koncepce mechanických kmitů pevně učí, začíná studium elektromagnetických oscilací, které jsou složitější ve své struktuře, protože tento druh proudí v různých elektrických obvodů. V tomto procesu jsou pozorovány kmity v elektrických i magnetických polích. I přes to, že elektromagnetické oscilace mírně odlišná povaha výskytu, zákony pro ně jsou stejné jako pro mechanické. Když elektromagnetické oscilace mohou měnit nejen intenzitu elektromagnetického pole, ale také vlastnosti jako je síla náboje a proud. Důležité je také poznamenat, že existují volné a nucené elektromagnetické oscilace.
Volné oscilace
Tento typ oscilace nastává pod vlivem vnitřních sil, když je systém odvozen od stavu stabilní rovnováhy nebo odpočinku. Volné kmity jsou vždy tlumeny, což znamená, že jejich amplituda a frekvence se s časem snižují. Živým příkladem tohoto typu kývání je pohyb zátěže zavěšeného z nití a oscilace z jedné strany na druhou; zatížení připojené k pružině, pak spadne pod působením gravitace a pak stoupá pod působením pružiny. Mimochodem, při studiu fyziky je pozornost věnována tomuto druhu oscilací. A většina úkolů je věnována volným oscilacím, nikoliv nuceným.
Nuceně
Navzdory skutečnosti, že tento druh studia studenti zkoumá méně podrobně, jsou to nucené kmity, které se nejčastěji vyskytují v přírodě. Poměrně živým příkladem tohoto fyzického jevu může být pohyb větví ve stromech za větrného počasí. Takové výkyvy se vždy vyskytují pod vlivem vnějších faktorů a sil, které se vyskytují v každém okamžiku.
Vlastnosti oscilace
Stejně jako každý jiný proces, vibrace mají své vlastní vlastnosti. Existuje šest hlavních parametrů oscilačního procesu: amplituda, perioda, frekvence, fáze, posunutí a cyklická frekvence. Přirozeně každá z nich má své vlastní označení, stejně jako jednotky měření. Podívejme se na ně podrobněji, zaměřujeme se na stručný popis. V tomto případě nebudeme namalovat vzorce, které se používají k výpočtu určité hodnoty, aby nedošlo ke zmatení čtenáře.
Ofset
První je offset. Tato charakteristika ukazuje odchylku těla od rovnovážného bodu v daném čase. Měří se v metrech (m), všeobecně přijímané označení je x.
Amplituda oscilace
Tato hodnota udává největší posun tělesa z rovnovážného bodu. V přítomnosti kontinuální oscilace je konstantní hodnota. Měří se v metrech, všeobecně uznávané označení je x m .
Doba houpání
Další hodnota, která udává dobu, po kterou probíhá jedna úplná oscilace. Obecně uznávaná notace je T, měřeno ve vteřinách.
Frekvence
Poslední funkce, o které budeme mluvit, je frekvence oscilací. Tato hodnota udává počet kmitů v určitém časovém úseku. Měřeno v Hz (Hz) a označeno jako v.
Druhy kyvadel
Tak jsme rozložili násilné vibrace, mluvili o svobodě, což znamená, že bychom měli také zmínit typy kyvadel, které se používají k vytváření a studiu volných vibrací (ve školních podmínkách). Zde můžeme rozlišit dva typy - matematické a harmonické (jaro). První je těleso zavěšené z ne-roztažitelné nitě, jehož velikost se rovná l (hlavní významné množství). Druhá je zatížení připojené k pružině. Je důležité znát hmotnost zatížení (m) a tuhost pružiny (k).
Závěry
Tak jsme si uvědomili, že existují mechanické a elektromagnetické oscilace, dávají jejich krátkou charakteristiku, popisují příčiny a podmínky pro výskyt těchto druhů oscilací. Řekli pár slov o hlavních charakteristikách těchto fyzických jevů. Rozuměli jsme také skutečnosti, že existují nucené oscilace a volné oscilace. Určeno, jak se navzájem liší. Kromě toho jsme řekli pár slov o kyvadlech používaných při studiu mechanických vibrací. Doufáme, že tyto informace byly užitečné pro vás.