Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Курс лекций по физике. Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм. Колебания и волны

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Колебательное движение

Общие сведения о колебаниях

Необходимо отметить тот факт, что колебания рассматриваются после электромагнетизма. Это говорит об основных чертах данной группы явлений.

Колебания - это процесс точно или приближенно повторяющийся через равные промежутки времени.

Можно говорить о колебании физической системы или физической величины (/, U, t). Таким свойством повторяемости обладают, например, качания маятника часов, колебания струны или ножек камертона, напряжение между обкладками конденсатора в колебательном контуре и т. п.

Колебательные процессы можно классифицировать:

  • 1) по их физической природе',
  • 2) характеру воздействия на колеблющуюся систему, т. е. по причине, вызывающей колебания;
  • 3) степени повторяемости колебаний.
  • 1. В зависимости от физической природы повторяющегося процесса различают колебания, например механические, электромагнитные, электромеханические и так далее.

Можно было бы, конечно, рассматривать механические колебания - в механике, а в разделе электричество - электрические.

Но необходимо понять общность колебаний различной физической природы.

Учение о колебаниях пронизывает все разделы физики:

  • • в механике - маятник, различные механические колебания;
  • • акустике - колебания ножки камертона;
  • • термодинамике - колебания значений давления Р и объема V

газа;

  • • кристаллофизике - колебания ионов и атомов в кристаллической решетке;
  • • оптике - колебания вектора напряженности электрического и вектора напряженности магнитного полей, т. е. распространение электромагнитных волн.

В некоторых программах изучения физики осуществляется попытка построить весь курс физики, основываясь на теории колебаний.

Важно: Колебания различной физической природы описываются одинаковыми уравнениями - в этом проявляется общность законов природы.

Начнем с рассмотрения колебательного процесса (независимо от его физической природы), и лишь затем будем обращаться к колебаниям механическим, электрическим и так далее.

Колебания широко распространены и в природе и в технике. Иногда они играют отрицательную роль (колебания моста, вибрации крыльев самолета и т. п.).

  • 2. В зависимости от характера воздействия на колеблющуюся систему различают следующие виды колебаний:
  • 1. Свободные (или собственные) колебания. Свободными называются такие колебания, которые происходят в системе, предоставленной самой себе после того, как ей был сообщен толчок, либо она была выведена из состояния равновесия.

Пример: колебания шарика, подвешенного на нити. Для того, чтобы вызвать колебания, можно либо толкнуть шарик, либо, отведя в сторону, отпустить его; колебания пружины под действием упругой силы пружины.

2. Вынужденные колебания. Вынужденными называются такие колебания, в процессе которых колеблющаяся система подвергается воздействию внешней переменной силы (не обязательно повторяющейся, периодической).

Пример: колебания моста, возникающие при прохождении по нему людей, шагающих нога в ногу;

3. Автоколебания - как и вынужденные колебания, сопровождаются воздействием на колеблющуюся систему внешних сил, однако моменты времени, когда осуществляются эти воздействия, задаются самой колеблющейся системой, т. е. система сама управляет внешним воздействием.

Пример: часы, в которых маятник получает толчки за счет энергии поднятой гири или закрученной пружины, причем эти толчки происходят в моменты прохождения маятника через среднее положение.

4. Параметрические колебания. При параметрических колебаниях за счет внешнего воздействия происходит периодическое изменение какого-либо параметра системы.

Пример: изменение длины нити, к которой подвешен шарик, совершающий колебания; изменение параметров элементов колебательного контура.

  • 3. По степени повторяемости колебаний можно различать:
    • а) периодические колебания - процессы, точно повторяющиеся через равные промежутки времени;
    • б) апериодические - затухающие колебания.

Нужно отметить, что если система участвует в колебательном процессе, то изменяются параметры состояния системы.

Например, в случае колеблющегося маятника колебания совершают: координата положения его центра тяжести, величина скорости и ускорения его движения, т. е. имеем колебания физической величины.

Простейшими колебаниями являются гармонические колебания.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>