/ Typy kmitání ve fyzice a jejich charakteristiky

Druhy kmitání ve fyzice a jejich charakteristiky

Existují různé typy kmitání ve fyzice, které jsou charakterizovány určitými parametry. Uvažujme o jejich hlavních rozdílech, klasifikaci různými faktory.

Základní definice

Oscilace znamená proces, v němž mají pravidelné intervaly základní hodnoty pohybu stejné hodnoty.

Periodické kmity se nazývají, pro který hodnoty základních hodnot se opakuje v pravidelných časových intervalech (doba vibrací).

typy oscilace

Odrůdy oscilačních procesů

Zvažme hlavní typy kmitání, které existují v základní fyzice.

Volné vibrace se nazývají kmity, které se vyskytují v systému, který po počátečním šoku nepodléhá vnějším variabilním vlivům.

Příkladem volných oscilací je matematické kyvadlo.

Ty druhy mechanických oscilací, které vznikají v systému působením vnější proměnné síly.

typy harmonických kmitů

Funkce klasifikace

Následující typy oscilačních pohybů se vyznačují fyzickou povahou:

  • mechanické;
  • tepelné;
  • elektromagnetické;
  • smíšené.

Podle varianty interakce s prostředím

Druhy vibrací v interakci s prostředím rozlišují několik skupin.

Nucené oscilace se v systému vyskytují v důsledku působení externího periodického opatření. Jako příklady tohoto typu vibrací lze uvažovat o pohybu rukou, listů na stromech.

U nucených harmonických kmitů může dojít k rezonanci, při níž se pro stejné hodnoty frekvence vnější akce a oscilátoru s prudkým nárůstem amplitudy.

Vlastní výkyvy v systému podVliv vnitřních sil po jejím odstranění z rovnovážného stavu. Nejjednodušší verzí volných kmitů je pohyb zatížení, které je zavěšené na závitu nebo je připevněno k pružině.

Vlastní oscilace jsou typy, pro které ysystém existuje určitá rezerva potenciální energie, která vede k oscilací. Charakteristickým znakem je skutečnost, že amplituda je charakterizována vlastnostmi samotného systému a nikoli původními podmínkami.

Pro náhodné oscilace má vnější zatížení náhodnou hodnotu.

typy mechanických vibrací

Základní parametry oscilačních pohybů

Všechny typy kmitů mají určité charakteristiky, které je třeba uvádět odděleně.

Amplituda je maximální odchylka od rovnovážné polohy, odchylka oscilačního množství měřená v metrech.

Doba je doba jedné úplné oscilace, kterou se opakují charakteristiky systému, počítáno v sekundách.

Frekvence je určena počtem kmitů za jednotku času, je nepřímo úměrná periodě oscilace.

Fáze oscilace charakterizuje stav systému.

charakteristických režimů

Charakteristika harmonických kmitů

Takové typy kmitání se vyskytují podle zákonakosinus nebo sinus. Fourier uspěl v tom, že jakákoliv periodická kmitání může být reprezentována součtem harmonických změn rozšířením určité funkce v sérii Fourier.

Jako příklad můžeme uvést kyvadlo s určitou periodou a cyklickou četností.

Jaké jsou charakteristiky těchto druhů oscilací? Fyzika považuje matematické kyvadlo za idealizovaný systém, který se skládá z hmotného bodu, který je zavěšen na beztížném neroztažitelném závitu, osciluje pod vlivem gravitace.

Tyto druhy oscilací mají určité množství energie, jsou běžné v přírodě a technologii.

S plynulým oscilačním pohybem se změní souřadnice jeho středu hmotnosti a při střídavém proudu se změní hodnota proudu a napětí v obvodu.

Přidělit různé typy harmonických kmitů ve fyzické povaze: elektromagnetické, mechanické atd.

Jako nucené výkyvy se objevuje třást vozu, který se pohybuje po nerovné cestě.

typy elektromagnetických oscilací

Hlavní rozdíly mezi nucenými a volnými kmity

Tyto typy elektromagnetických oscilací se lišífyzikální charakteristiky. Přítomnost odporu média a třecí síly vedou k oslabení volných kmitů. V případě nucených kmitů jsou energetické ztráty kompenzovány jeho dodatečným příjmem z vnějšího zdroje.

Doba pružinového kyvadla váže tělesnou hmotnost a tuhost pružiny. V případě matematického kyvadla závisí na délce vlákna.

Pro známé období lze vypočítat přirozenou frekvenci oscilačního systému.

Ve strojírenství a přírodě existují kolísánírůzné hodnoty frekvence. Například, kyvadlo, která kmitá v Izáka katedrály v Petrohradě, má frekvenci 0,05 Hz, a atomy ní je několik milionů megahertz.

Po určité době,útlum volných kmitů. To je důvod, proč nucené oscilace jsou používány ve skutečné praxi. Jsou požadovány v různých vibračních strojích. Vibro-hammer je vibrační stroj, který je určen k tomu, aby se do země dostaly potrubí, hromady a další kovové konstrukce.

Typy kmitání ve fyzice

Elektromagnetické oscilace

Charakterizace režimů oscilace předpokládáanalýza základních fyzikálních parametrů: náboj, napětí, proud. Jako základní systém, který se používá k pozorování elektromagnetických kmitů, je oscilační obvod. Je tvořen sériovým zapojením cívky a kondenzátoru.

Když je obvod uzavřen, v něm vznikají volné elektromagnetické kmity spojené s periodickými změnami elektrického náboje na kondenzátoru a proudu v cívce.

Jsou svobodné díky tomu, že když jsou spáchány, neexistuje žádný vnější vliv a používá se pouze energie, která je uložena v samotném okruhu.

Pokud předpokládáme, že odpor cívky je nulový a doba oscilace je považována za T, můžeme uvažovat o úplné oscilaci systému.

Při neexistenci vnějšího vlivu přesv určitém časovém intervalu dochází k tlumení elektromagnetické oscilace. Důvodem tohoto jevu je postupné vypouštění kondenzátoru, stejně jako odpor, který má cívka skutečně.

To je důvod, proč existují skutečné okruhytlumené oscilace. Snížení ve srovnání s původním obrázku náboj na výsledcích kondenzátoru nižší energetickou hodnotu. Postupně bude vystupovat ve formě tepla do spojovacích drátů a cívky, kondenzátor je zcela vybitá a elektromagnetická vlna je dokončena.

režimy vibrace

Význam výkyvů ve vědě a technologii

Jakýkoli pohyb, který má jistotumíra opakování jsou kolísání. Například matematické kyvadlo je charakterizováno systematickou odchylkou od obou stran původní vertikální polohy.

U pružinového kyvadla jedna úplná oscilace odpovídá jeho pohybu nahoru a dolů z původní polohy.

V elektrickém obvodu, který mákapacitance a indukčnosti, na kondenzátorových deskách je pozorován náboj. Jaká je příčina vibračních pohybů? Kyvadlo funguje, protože gravitace ho nutí k návratu do původní polohy. U pružinového typu je podobná síla vyvíjena elastickou silou pružiny. Při předávání rovnováhy má zatížení určitou rychlost, a proto setrvačností se pohybuje kolem průměru.

Elektrické oscilace lze vysvětlit potenciálním rozdílem mezi deskami nabitého kondenzátoru. I při úplném vybití proud nezmizí a nabíjení se nabije.

V moderních technologiích se používají oscilace, které se podstatně liší povahou, stupněm opakování, charakterem a také "mechanismem" vzhledu.

Mechanické vibrace dělají řetězcehudební nástroje, mořské vlny, kyvadlo. Při provádění různých interakcí se berou v úvahu chemické fluktuace spojené se změnou koncentrace reakčních látek.

Elektromagnetické kmity umožňují vytváření různých technických zařízení, například telefonů, ultrazvukových zdravotnických prostředků.

Kolísání jasu cepheidů je zvláště zajímavé v astrofyziky a vědci z různých zemí se zabývají jejich studiem.

Závěr

Všechny typy výkyvů úzce souvisejí s obrovskýmipočet technických procesů a fyzikálních jevů. Great jejich praktický význam při stavbě letadel, stavby lodí, výstavba obytných komplexů, elektrotechniky, elektroniky, medicíny a základního výzkumu. Příkladem typického oscilačního procesu ve fyziologii je pohyb srdečního svalu. Mechanické vibrace se vyskytují v organické a anorganické chemie, meteorologie, stejně jako v mnoha dalších oblastech přírodních věd.

První studium matematického kyvadla byloprováděné v sedmnáctém století a koncem devatenáctého století vědci dokázali zjistit povahu elektromagnetických kmitů. Ruský vědec Alexander Popov, který je považován za „otce“ rádia, provádí jeho experimenty byla založena na teorii elektromagnetických vln, jejichž výsledky Thomson Research, Huygens, Rayleigh. Podařilo se mu najít praktickou aplikaci elektromagnetických kmitů, které je používají k vysílání rádiového signálu na dlouhou vzdálenost.

Akademik PN Lebedev po mnoho let prováděl experimenty související s získáváním vysokofrekvenčních elektromagnetických kmitů různými elektrickými poli. Díky mnoha experimentům spojeným s různými typy oscilací se vědci podařilo nalézt oblasti optimálního využití v moderních vědách a technologiích.

Přečtěte si více: