37. armonice oscilațiilor. Amplitudinea, perioada și frecvența de oscilație.
Fluctuații este un proces caracterizat prin anumite repetabilă în timp. Procesul de propagare a vibrațiilor în spațiul numit val. Nu este nici o exagerare să spunem că trăim într-o lume a vibrațiilor și a undelor. Într-adevăr, există un organism viu din cauza batai periodice a inimii, plămânilor noastre vibreze în timpul respirației. O persoană vorbește și aude timpanele sale de fluctuație și corzile vocale. valuri de lumină (vibrații de câmpuri electrice și magnetice) ne permit să vedem. Tehnologia modernă este extrem de asemenea, utilizarea pe scară largă a proceselor oscilatorii. Este suficient să spunem că multe motoare sunt asociate cu vibrațiile: o mișcare periodică de pistoane în motoarele cu ardere internă, mișcarea valvelor, etc. Alte exemple importante sunt alternativ oscilații electromagnetice de curent în circuitul oscilatorie, unde radio, etc. După cum se vede din exemplele de mai sus, natura oscilațiilor este diferită. Dar ei se reduc la două tipuri - oscilații mecanice și electromagnetice. Sa constatat că, în ciuda naturii fizice diferite a oscilațiilor, sunt descrise de aceleași ecuații matematice. Acest lucru permite să selectați ca o ramură a fizicii de predare a vibrațiilor și valuri, care este o abordare unitară la studiul de oscilații diferite ca natură fizică.
Orice sistem care poate fluctua sau în care pot apărea fluctuații, numit oscilatorie. Fluctuații care apar în sistemul oscilant, derivată din starea de echilibru și cu condiția în sine, numite oscilații libere. Vibrații libere sunt amortizate, deoarece energia imprimată a sistemului oscilant este în continuă scădere.
Chemat oscilații armonice, la care orice cantitate fizică care descrie procesul variază cu timpul potrivit unui sinus sau cosinus:
Să ne explicăm semnificația fizică a constantă A, w, o, inclus în această ecuație.
Constant A este amplitudinea de oscilație. Amplitudine - aceasta este cea mai mare valoare care poate lua valoarea fluctuante. Prin definiție, este întotdeauna pozitiv. Expression gr + o, stând sub semnul cosinusul numita fază de oscilație. Acesta vă permite să se calculeze valoarea valorilor fluctuante în orice moment. Valoarea constantă reprezintă o valoare de fază la momentul t = 0 și, prin urmare, se numește faza inițială de oscilație. Valoarea determinată pentru această fază inițială de referință ora de începere. W Valoarea este numită frecvența ciclică, al cărei sens fizic este asociat cu conceptele variațiilor de epocă și frecvență. Perioada de oscilație neamortizate este cea mai mică perioadă de timp, după care valoarea fluctuant ia valoarea anterioară, sau scurt - timp de o oscilație completă. Numărul de vibrații care apar în unitatea de timp se numește frecvența de oscilație. frecventa V asociat cu oscilare perioadei raportul T v = 1 / T
Frecvența de oscilație este măsurată în hertzi (Hz). frecvența de 1 Hz procesului periodic, în care se produce 1 cu o singură oscilație. Să ne găsim relația dintre frecvența și oscilațiilor de frecvență ciclice. Folosind formula pentru a găsi valorile valorilor oscilante la t = t1 momente și t = t2 = t1 + T, unde T - perioada de oscilație.
Conform definiției perioadei de oscilație, Acest lucru este posibil în cazul în care, după cum cosinusul - funcția periodică cu 2p perioadă radiani. Aici. Noi primim. Această relație implică semnificația fizică a frecvenței ciclice. Aceasta arată cât de mult se face oscilațiilor 2P secunde.
oscilații gratuite ale sistemului oscilatorie sunt amortizată. Cu toate acestea, în practică, există necesitatea de a furniza un val continuu atunci când pierderile de energie în sistemul de vibrare sunt compensate în detrimentul surselor externe de energie. În acest caz, oscilațiile forțate să apară într-un astfel de sistem. Pe plan intern numite oscilații care apar sub acțiunea unei expuneri care variază periodic, o expunere de ași - convingătoare. oscilații constrîngere se întîlnesc la o frecvență egală cu frecvența acțiunilor forțându. Amplitudinea crește vibrații forțate atunci când frecvența efectelor de conducere la frecvența naturală a sistemului de vibrație. Se ajunge la o valoare maximă a spus, la egalitate de frecvență. Fenomenul de creștere bruscă a amplitudinii de oscilație forțată atunci când frecvența acțiunilor de forțare auto frecvență de oscilație a sistemului, numit rezonanta.
Rezonanța este utilizat pe scară largă în domeniu. Acesta poate fi atât de utile și dăunătoare. De exemplu, fenomenul de rezonanță electrică joacă un rol util atunci când setarea de radio la postul de radio prin modificarea valorii inductanță și capacitate, se poate asigura că frecvența naturală a circuitului oscilatorii coincide cu frecvența undelor electromagnetice emise de un post de radio. Ca urmare, orice fluctuație a frecvenței de rezonanță a circuitului, amplitudinile vibrațiile produse de către alte stații, vor fi mici. Acest lucru conduce la înființarea de radio la postul dorit.
38. Pendulum. Perioada de oscilație a pendulului matematic.
39. Swing sarcina pe arcul. Transformarea energiei în oscilații.
40. valuri. Transversal și unde longitudinale. Viteza și lungimea de undă.
41. fără oscilații electromagnetice în circuit. Transformarea energiei în circuitul rezonant. Transformarea energiei.
Schimbările periodice sau aproape periodice în curent de încărcare și de tensiune sunt numite vibrații electrice.
Ia oscilațiile electrice aproape la fel de simplu ca forțând organismul să oscileze, agățat-o pe primăvară. Dar observă oscilații electrice nu este atât de simplu. La urma urmei, noi nu vedem în mod direct sau reîncărcați condensatorul sau curentul bobinei. În plus, fluctuațiile apar, de obicei, cu o frecvență foarte mare.
Observați și de a explora oscilații electrice cu ajutorul unui osciloscop. Pe plăcile de deflexie orizontale ale unui tub osciloscop catodic furnizat tensiune alternativă Up Sweep „Sawtooth“ forma. Relativ lent, tensiunea crește și apoi scade foarte brusc. Câmpul electric dintre plăci determină fasciculul de electroni care trece prin ecran într-o direcție orizontală, la o viteză constantă și apoi du-te aproape imediat înapoi. După aceea, procesul se repetă. Dacă acum atașat la plăcile de deflexie pe verticală ale condensatorului, fluctuația de tensiune în timpul descărcării sale de a provoca oscilații ale fasciculului în direcția verticală. Ca urmare, imaginea ecranului de timp „matura“ oscilație este destul de similar cu cel care atrage pendulul cu o cutie cu nisip pe o foaie de hârtie în mișcare. Oscilațiile de degradare a lungul timpului
Aceste oscilații - gratuite. Acestea apar după raportat taxa condensator sistemul scoate din echilibru. Încărcarea condensatorului este echivalentă cu o deviere a pendulului din poziția de echilibru.
Puteți primi, de asemenea oscilații electrice și forțată în circuit. Astfel de fluctuații apar în prezența lanțului de forță electromotoare periodică. Inducția variabilă electromotoare are loc în cadrul firului de mai multe rotații la rotirea acestuia în câmpul magnetic (Fig. 19). Fluxul magnetic penetrant cadru, se schimbă periodic, în conformitate cu legea inducției electromagnetice variază în mod periodic, iar rezultanta a indus emf. Când este închis circuitul prin galvanometru va săgeata de curent alternativ și începe să oscileze în jurul unei poziții de echilibru.
Circuit 2.Kolebatelny. Cel mai simplu sistem unde există vibrații electrice în vrac, este compus dintr-un condensator și o bobină conectată la plăcile condensatorului (Fig. 20), se poate produce. Un astfel de sistem se numește circuit de oscilație.
Luați în considerare de ce apar oscilații în buclă. Încarcă condensator prin conectarea de ceva timp la o baterie prin intermediul unui comutator. În acest caz, condensatorul va primi energie:
în cazul în care qm - taxa condensator, și C - capacitatea sa electrica. Între plăcile condensatorului se produce diferență de potențial Um.
Rotiți comutatorul în poziția 2. Condensatorul începe să fie evacuate, iar curentul electric va fi în lanț. Amperaj atinge nu imediat valoarea sa maximă și, treptat, crește. Acest lucru se datorează fenomenului de auto-inducție. Atunci când un câmp magnetic alternativ curent. Acest câmp magnetic alternativ generează câmp electric turbionari într-un conductor. câmp electric vortex cu o creștere a câmpului magnetic este îndreptat împotriva curentului, și previne creșterea acestuia instantanee.
Pe măsură ce energia de descărcare al condensatoarelor câmpului electric este redus, dar, de asemenea, crește energia curentului de câmp magnetic, care se determină prin formula: Fig.
unde i este intensitatea curentului. L - inductanța bobinei. În momentul în care condensatorul este complet descărcat (q = 0), energia câmpului electric devine zero. Energia (energia câmpului magnetic) de curent conform legii conservării energiei este maximizată. Prin urmare, în acest moment puterea actuală atinge, de asemenea, valoarea maximă
Cu toate că în acest moment diferența de potențial la capetele bobinei devine zero, curentul electric nu se poate opri imediat. Acest lucru previne fenomenul de auto-inducție. Odată ce intensitatea curentului și câmpul magnetic creat de ei va scadea, există un câmp electric de rotație care este direcționată curent și o sprijină.
Ca rezultat, condensator reîncarcă, atâta timp cât curentul scade treptat, devine zero. Energia câmpului magnetic în acest moment va fi, de asemenea zero, iar energia câmpului electric al condensatorului devine din nou maxim.
După aceea, condensatorul va fi reîncărcate din nou, iar sistemul va reveni la starea inițială. În cazul în care nu a existat nici o pierdere de energie, acest proces va continua pe termen nelimitat. Fluctuațiile ar fi neamortizate. După o perioadă de timp egală cu perioada de oscilație a stării sistemului ar fi repetat.
Dar, în realitate, pierderile de energie sunt inevitabile. În special, bobina și firele de legătură au o rezistență R, iar acest lucru duce la o transformare treptată a energiei electromagnetice în energie conductor intern.
Când oscilații care apar în circuit, există o conversie a energiei magnetice în energia câmpului electric și invers. Prin urmare, aceste vibrații sunt numite electromagnetice. Perioada de oscilație a circuitului este dată de:
Informații despre „întrebări introductive în fizică pentru studenții externi care intră SSAU.“
Categorie: Fizică
Numărul de caractere, inclusiv spații: 96981
Număr de mese: 0
Număr poze: 0