/ / Studujeme mechanické oscilace

Studujeme mechanické oscilace

Fyzický svět kolem nás je plnýpohyb. Je prakticky nemožné najít alespoň jedno fyzické tělo, které by mohlo být považováno za klidné. Vedle rovnoměrně translačního přímočarého pohybu, pohybu po složité trajektorii, pohybu s akcelerací a dalších, můžeme pozorovat vlastním zrakem nebo zkušeností vliv periodicky opakovaných pohybů hmotných objektů.

Člověk již dlouho zaznamenal charakteristické vlastnosti aVlastnosti oscilačních pohybů a dokonce naučil používat mechanické oscilace pro své vlastní účely. Všechny procesy opakující se v čase mohou být nazývány kmity. Mechanické oscilace jsou jen částí tohoto rozmanitého světa jevů, které se vyskytují téměř ve stejných zákonech. V jasném příkladu mechanických opakujících se pohybů je možné vytvořit základní pravidla a určit zákony, kterými se vyskytují elektromagnetické, elektromechanické a jiné oscilační procesy.

Povaha výskytu mechanických kmitůJe skryta v periodické transformaci potenciální energie na kinetickou energii. Popište příklad toho, jak se transformace energie objevuje při mechanických vibracích, je možné s ohledem na míč zavěšený na pružině. V klidném stavu je síla gravitace vyvážena pružností pružiny. Je však nutné systém vyvodit ze stavu rovnováhy násilně, a tak vyvolat pohyb ze strany rovnovážného bodu, protože potenciální energie začne svou transformaci na kinetickou. A to zase od okamžiku průchodu koulí nulové polohy začne být transformováno do potenciálu. Tento proces probíhá, dokud se podmínky pro existenci systému blíží k bezchybným.

Matematicky ideální jsou považovány za oscilace,vyskytující se podle zákona sinus nebo kosinus. Takové procesy se obvykle nazývají harmonické oscilace. Ideálním příkladem mechanických harmonických kmitů je pohyb kyvadla v naprosto bezvzduchovém prostoru, kdy neexistuje žádný vliv třecích sil. Je to však bezchybný případ, který je technicky velmi problematický.

Mechanické vibrace, navzdory jejichdoba trvání dříve nebo později přestane a systém zaujímá relativní rovnováhu. To je způsobeno ztrátou energie k překonání odporu vzduchu, tření a dalších faktorů, které nevyhnutelně vedou k úpravě výpočtů při přechodu od ideálního stavu k aktuálním podmínkám, v nichž existuje daný systém.

Nevratně se blíží k hlubokému studiu aanalýza, dospějeme k potřebě matematického popisu mechanických oscilací. Vzorce tohoto procesu zahrnují takové veličiny, jako je amplituda (A), oscilační kmitočet (w), počáteční fáze (a). Funkčnost závislosti posunutí (x) na čas (t) v klasické podobě má podobu

x = Acos (wt + a).

Za zmínku stojí také hodnotu charakterizující mechanické kmity nazývanou perioda (T), která je matematicky určena jako

T = 2π / ν.

Mechanické vibrace, kromě jasnostipopisy procesů výkyvů nemechanické povahy, máme zájem o určité vlastnosti, které při správném použití mohou mít nějakou užitečnost a pokud jsou ignorovány, vedou k významným nepříjemnostem.

Zvláštní pozornost by měla být věnována fenoménu ostrostiskok v amplitudě pro nucené oscilace, ke kterým dochází, když se frekvence působení hnací síly blíží kmitočtu přirozených vibrací tělesa. Říká se tomu rezonance. Široce používaný v elektronice, v mechanických systémech je fenomén rezonance hlavně destruktivní, musí se brát v úvahu při vytváření nejrůznějších mechanických struktur a systémů.

Další projev mechanických kmitůje vibrace. Jeho vzhled může nejen způsobit nepohodlí, ale také přinést vznik rezonance. Vedle negativního účinku mohou místní vibrace s nízkou intenzitou projevů příznivě ovlivnit lidské tělo jako celek, zlepšit funkční stav centrálního nervového systému a dokonce urychlit hojení ran, atd.

Mezi varianty projevu mechanických kmitůmůžeme rozlišit fenomén zvuku, ultrazvuku. Užitečné vlastnosti těchto mechanických vln a jiné projevy mechanických kmitání jsou široce využívány v nejrůznějších odvětvích lidské životní činnosti.

Přečtěte si více: