Mekaniske vibrationer. Frie og forcerede vibrationer

"Oscillations Physics" - Lad os finde faseforskellen?? mellem faserne af forskydning x og hastighed?x. Kræfter, der har en anden karakter, men tilfredsstiller (1), kaldes kvasi-elastiske. Fordi sinus og cosinus varierer fra +1 til – 1, Fase måles i radianer. , Eller. 1.5 Energi af harmoniske vibrationer. Sektioner af optik: geometrisk, bølge, fysiologisk.

"Tvungen oscillationsresonans" - Resonans af en bro under påvirkning af periodiske stød, når et tog passerer langs skinneforbindelserne. I radioteknik. Resonans observeres ofte i naturen og spiller en stor rolle i teknologien. Arten af ​​fænomenet resonans afhænger væsentligt af egenskaberne af det oscillerende system. Resonansens rolle. I andre tilfælde spiller resonans en positiv rolle, for eksempel:

"Oscillerende bevægelse" - Et træk ved oscillerende bevægelse. Længst til højre. Position længst til venstre. Ur pendel. V=0 m/s a=max. Oscillationsmekanisme. Trægrene. Eksempler på oscillerende bevægelser. Balanceposition. Symaskine nål. Bilfjedre. Betingelser for forekomsten af ​​svingninger. Svinge. Oscillerende bevægelse.

"Lektion om mekaniske vibrationer" - II. 1. Oscillationer 2. Oscillerende system. 2. Et oscillerende system er et system af kroppe, der er i stand til at udføre oscillerende bevægelser. X [m] - forskydning. 1. Kommunal uddannelsesinstitution – Gymnasium nr. 2. Gratis vibrationer. 3. Hovedegenskaben ved oscillerende systemer. Lektion teknisk support:

"Punktoscillation" - Forcerede svingninger. 11. 10. 13. 12. Lav modstand. Dynamisk koefficient. 4. Eksempler på svingninger. 1. Eksempler på svingninger. Bevægelsen er dæmpet og aperiodisk. Bevægelse = frie vibrationer + forcerede vibrationer. Forelæsning 3: retlineære svingninger af et materialepunkt. 6. Frie vibrationer.

"Fysisk og matematisk pendul" - Færdiggjort af Tatyana Yunchenko. Matematisk pendul. Præsentation

Vibrerende bevægelser er udbredt i livet omkring os. Eksempler på svingninger omfatter: bevægelsen af ​​en symaskinenål, en gynge, et urpendul, insektvinger under flyvning og mange andre kroppe.

Mange forskelle kan findes i bevægelsen af ​​disse kroppe. For eksempel bevæger en gynge sig krumlinjet, men en symaskinenål bevæger sig retlinet; Pendulet på et ur svinger med et større sving end vingerne på en guldsmede. I løbet af samme tid kan nogle kroppe gennemgå et større antal svingninger end andre.
Men med al mangfoldigheden af ​​disse bevægelser har de et vigtigt fællestræk: efter en vis periode gentages enhver krops bevægelse.

Faktisk, hvis bolden tages væk fra ligevægtspositionen og slippes, vil den, efter at have passeret gennem ligevægtspositionen, afvige i den modsatte retning, stoppe og derefter vende tilbage til det sted, hvor den begyndte at bevæge sig. Denne svingning vil blive efterfulgt af en anden, tredje osv., der ligner den første.

Det tidsrum, hvorigennem bevægelsen gentages, kaldes oscillationsperioden.

Derfor siger de, at den oscillerende bevægelse er periodisk.

Ud over periodicitet har bevægelsen af ​​oscillerende legemer et mere fælles træk.

Vær opmærksom!

I løbet af et tidsrum svarende til oscillationsperioden passerer ethvert legeme gennem ligevægtspositionen to gange (bevæger sig i modsatte retninger).

Bevægelser, der gentages med jævne mellemrum, hvor kroppen passerer gennem ligevægtspositionen gentagne gange og i forskellige retninger, kaldes mekaniske vibrationer.

Under påvirkning af kræfter, der bringer kroppen tilbage til en ligevægtsposition, kan kroppen svinge som om den var af sig selv. Til at begynde med opstår disse kræfter på grund af noget arbejde, der udføres på kroppen (strække en fjeder, hæve den til en højde osv.), hvilket fører til at tilføre en vis mængde energi til kroppen. På grund af denne energi opstår vibrationer.

Eksempel:

For at få gynget til at udføre svingende bevægelser, skal du først fjerne det fra ligevægtspositionen ved at skubbe af med fødderne, eller gøre det med hænderne.

Vibrationer, der opstår på grund af kun den indledende energireserve af et vibrerende legeme i fravær af ydre påvirkninger på det, kaldes frie svingninger.

Eksempel:

Et eksempel på frie vibrationer af et legeme er vibrationerne fra en last ophængt på en fjeder. Belastningen, der oprindeligt er ubalanceret af eksterne kræfter, vil efterfølgende kun svinge på grund af de indre kræfter i "belastningsfjeder" -systemet - tyngdekraft og elasticitet.

Betingelser for forekomsten af ​​frie svingninger i systemet:

a) systemet skal være i en stabil ligevægtsposition: når systemet afviger fra ligevægtspositionen, skal der opstå en kraft, der har en tendens til at returnere systemet til ligevægtspositionen - gendannelseskraften;
b) tilstedeværelsen af ​​overskydende mekanisk energi i systemet sammenlignet med dets energi i ligevægtspositionen;
c) den overskydende energi, som systemet modtager, når det forskydes fra ligevægtspositionen, bør ikke helt bruges på at overvinde friktionskræfterne, når man vender tilbage til ligevægtspositionen, dvs. Friktionskræfterne i systemet skal være tilstrækkeligt små.

Frit oscillerende legemer interagerer altid med andre legemer og danner sammen med dem et system af legemer, som kaldes et oscillerende system.

Systemer af kroppe, der er i stand til frie vibrationer, kaldes oscillerende systemer.

En af de vigtigste fælles egenskaber for alle oscillerende systemer er fremkomsten af ​​en kraft i dem, der returnerer systemet til en stabil ligevægtsposition.

Eksempel:

I tilfælde af en kugle, der svinger på en tråd, svinger kuglen frit under påvirkning af to kræfter: tyngdekraften og trådens elastiske kraft. Deres resultant er rettet mod ligevægtspositionen.

En bevægelse, hvor et legemes bevægelsestilstande gentages over tid, hvor kroppen passerer gennem en stabil ligevægtsposition skiftevis i modsatte retninger, kaldes mekanisk oscillerende bevægelse.

Hvis et legemes bevægelsestilstande gentages med bestemte intervaller, så er svingningerne periodiske. Et fysisk system (krop), hvor svingninger opstår og eksisterer, når man afviger fra en ligevægtsposition, kaldes et oscillerende system.

Den oscillerende proces i et system kan forekomme under påvirkning af både ydre og indre kræfter.

Oscillationer, der opstår i et system under påvirkning af kun indre kræfter, kaldes frie.

For at frie svingninger kan forekomme i systemet, er det nødvendigt:

1. Tilstedeværelsen af ​​en stabil ligevægtsposition af systemet Der vil således opstå frie svingninger i systemet vist i figur 13.1, a. i tilfælde b og c vil de ikke opstå.
2. Tilstedeværelsen af ​​overskydende mekanisk energi på et materialepunkt sammenlignet med dets energi i en stabil ligevægtsposition. Så i systemet (fig. 13.1, a) er det for eksempel nødvendigt at fjerne kroppen fra sin ligevægtsposition: dvs. rapportere overskydende potentiel energi.
3. Virkningen af ​​en genoprettende kraft på et materielt punkt, dvs. kraft altid rettet mod ligevægtspositionen. I systemet vist i fig. 13.1, a, er gendannelseskraften den resulterende tyngdekraft og den normale reaktionskraft \(\vec N\) af understøtningen.
4. I ideelle oscillatoriske systemer er der ingen friktionskræfter, og de resulterende svingninger kan vare længe. Under virkelige forhold forekommer vibrationer i nærvær af modstandskræfter. For at en svingning skal opstå og fortsætte, må den overskydende energi, som et materialepunkt modtager, når det forskydes fra en stabil ligevægtsposition, ikke helt bruges på at overvinde modstand, når man vender tilbage til denne position.

Litteratur

Aksenovich L. A. Fysik i gymnasiet: Teori. Opgaver. Prøver: Lærebog. tilskud til institutioner, der tilbyder almen uddannelse. miljøer, uddannelse. - s. 367-368.

Mekaniske vibrationer – Det er bevægelser, der gentages nøjagtigt eller tilnærmelsesvis med bestemte intervaller. (For eksempel, vibration af en gren på et træ, et urpendul, en bil på fjedre og så videre)

Der er udsving gratis Og tvunget.

Oscillationer, der opstår i et system under påvirkning af indre kræfter, kaldesgratis. Alle frie vibrationer dæmpes. (For eksempel: strengvibration efter stød)

Vibrationer lavet af kroppe under påvirkning af eksterne periodisk skiftende kræfter kaldestvunget (For eksempel: vibration af et metalemne, når en smed arbejder med en hammer).

Betingelser for forekomsten af ​​frie svingninger :

• Når et legeme fjernes fra en ligevægtsposition, skal der opstå en kraft i systemet, som har tendens til at returnere det til ligevægtspositionen;
• Friktionskræfterne i systemet skal være meget små (dvs. have en tendens til nul).

… E pårørende → E R → E pårørende →…

Ved at bruge eksemplet med kropssvingninger på en tråd, ser vi energiomsætning . I position 1 observerer vi ligevægten i det oscillerende system. Kroppens hastighed og dermed den kinetiske energi er maksimal. Når pendulet afviger fra sin ligevægtsposition, stiger det til en højde h i forhold til nulniveauet, derfor har pendulet i punkt A potentiel energi E r . Når man bevæger sig til ligevægtspositionen, til punktet O, falder højden til nul, og lastens hastighed øges, og i punktet O al den potentielle energi E r bliver til kinetisk energi E slægtninge . Ved ligevægt er kinetisk energi på sit maksimum, og potentiel energi er på sit minimum. Efter at have passeret ligevægtspositionen ved inerti omdannes den kinetiske energi til potentiel energi, pendulets hastighed falder og maksimalt

Oscillationer er en meget almindelig type bevægelse. Du har sikkert set oscillerende bevægelser mindst én gang i dit liv i et svingende urpendul eller trægrene i vinden. Sandsynligvis har du mindst én gang trukket i strengene på en guitar og set dem vibrere. Det er klart, at selvom du ikke har set det med dine egne øjne, kan du i det mindste forestille dig, hvordan en nål bevæger sig i en symaskine eller et stempel i en motor.

I alle disse tilfælde har vi en krop, der med jævne mellemrum udfører gentagne bevægelser. Det er netop sådanne bevægelser, der i fysikken kaldes svingninger eller svingende bevægelser. Udsving forekommer i vores liv meget, meget ofte.

Lyd- Disse er udsving i lufttæthed og tryk, radiobølger- periodiske ændringer i elektriske og magnetiske feltstyrker, synligt lys– også elektromagnetiske svingninger, kun med lidt forskellige bølgelængder og frekvenser.
Jordskælv– jordvibrationer, Ebbe og flod– ændringer i niveauet af have og oceaner forårsaget af Månens tyngdekraft og når 18 meter i nogle områder, pulsslag– periodiske sammentrækninger af den menneskelige hjertemuskel osv.
Ændringen af ​​vågenhed og søvn, arbejde og hvile, vinter og sommer... Selv vores daglige gå på arbejde og hjemkomst falder ind under definitionen af ​​svingninger, der tolkes som processer, der gentager sig nøjagtigt eller omtrent med jævne mellemrum.

Oscillationer kan være mekaniske, elektromagnetiske, kemiske, termodynamiske og forskellige andre. På trods af en sådan mangfoldighed har de alle meget til fælles og er derfor beskrevet med de samme ligninger.

Det vigtigste generelle kendetegn ved periodisk gentagne bevægelser er, at disse bevægelser gentages med jævne mellemrum, kaldet oscillationsperioden.

Lad os opsummere:mekaniske vibrationer - Det er kropsbevægelser, der gentages nøjagtigt eller omtrent med lige store tidsintervaller.

En særlig gren af ​​fysikken - teorien om oscillationer - studerer lovene for disse fænomener. Skibs- og flybyggere, industri- og transportspecialister og skabere af radioteknik og akustisk udstyr skal kende dem.

Vibrationer, der kun opstår som et resultat af denne indledende energi, kaldes frie vibrationer. Det betyder, at de ikke kræver konstant hjælp til at opretholde den oscillerende bevægelse.

De fleste udsving i livets virkelighed sker med gradvis dæmpning, på grund af friktionskræfter, luftmodstand og så videre. Derfor kaldes frie svingninger ofte sådanne svingninger, hvis gradvise dæmpning kan negligeres under observationer.

I dette tilfælde kaldes alle legemer, der er forbundet og direkte involveret i vibrationer, tilsammen et oscillerende system. Generelt plejer man at sige, at et oscillerende system er et system, hvori der kan eksistere svingninger.

Især hvis et frit ophængt legeme svinger på en tråd, så vil det oscillerende system omfatte selve kroppen, ophænget, det, ophænget er knyttet til, og Jorden med dens tiltrækning, som får kroppen til at oscillere og konstant returnere den til en hviletilstand.

Sådan en krop er et pendul. I fysik er der flere typer penduler: tråd, fjeder og nogle andre. Alle systemer, hvor et oscillerende legeme eller dets ophæng konventionelt kan repræsenteres som et gevind, er gevindsystemer. Hvis denne bold flyttes væk fra ligevægtspositionen og slippes, vil den begynde tøve, dvs. lav gentagne bevægelser, periodisk passerer gennem ligevægtspositionen.

Nå, fjederpenduler, som du måske kan gætte, består af en krop og en vis fjeder, der er i stand til at svinge under påvirkning af fjederens elastiske kraft.

Det såkaldte matematiske pendul blev valgt som hovedmodel til at observere svingninger. Matematisk pendul kaldet et legeme af lille størrelse (sammenlignet med længden af ​​tråden), ophængt på en tynd uudvidelig tråd, hvis masse er ubetydelig sammenlignet med massen kroppe. Kort sagt tager vi i vores begrundelse slet ikke højde for pendulets tråd.

Nå, tænk selv over, hvordan den oscillerende bevægelse opstår for et trådpendul.

Som et tip - et billede.