Mga mekanikal na panginginig ng boses. Libre at sapilitang vibrations

"Oscillations Physics" - Hanapin natin ang phase difference?? sa pagitan ng mga yugto ng displacement x at velocity?x. Ang mga puwersa na may ibang katangian, ngunit nagbibigay-kasiyahan sa (1) ay tinatawag na quasi-elastic. kasi Ang sine at cosine ay nag-iiba mula +1 hanggang – 1, Sinusukat ang Phase sa radians. , O. 1.5 Enerhiya ng harmonic vibrations. Mga seksyon ng optika: geometric, wave, physiological.

"Forced oscillations resonance" - Resonance ng isang tulay sa ilalim ng impluwensya ng panaka-nakang pagkabigla kapag ang isang tren ay dumaan sa mga kasukasuan ng riles. Sa radio engineering. Ang resonance ay madalas na sinusunod sa kalikasan at gumaganap ng malaking papel sa teknolohiya. Ang likas na katangian ng hindi pangkaraniwang bagay ng resonance ay makabuluhang nakasalalay sa mga katangian ng oscillatory system. Ang papel ng resonance. Sa ibang mga kaso, ang resonance ay gumaganap ng isang positibong papel, halimbawa:

"Oscillatory motion" - Isang tampok ng oscillatory motion. Malayong kanang posisyon. Malayong kaliwang posisyon. Pendulum ng orasan. V=0 m/s a=max. Mekanismo ng oscillation. Mga sanga ng puno. Mga halimbawa ng oscillatory movements. Posisyon ng balanse. Karayom ​​ng makinang panahi. Mga bukal ng kotse. Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga oscillation. ugoy. Oscillatory na paggalaw.

"Aralin sa mekanikal na panginginig ng boses" - II. 1. Oscillations 2. Oscillatory system. 2. Ang oscillatory system ay isang sistema ng mga katawan na may kakayahang magsagawa ng oscillatory movements. X [m] - pag-aalis. 1. Institusyong pang-edukasyon sa munisipyo – Gymnasium Blg. 2. Libreng vibrations. 3. Ang pangunahing pag-aari ng mga oscillatory system. Teknikal na suporta sa aralin:

"Point oscillation" - Sapilitang mga oscillation. 11. 10. 13. 12. Mababang pagtutol. Dynamic na koepisyent. 4. Mga halimbawa ng oscillations. 1. Mga halimbawa ng oscillations. Ang paggalaw ay damped at aperiodic. Movement = libreng vibrations + forced vibrations. Lecture 3: rectilinear oscillations ng isang materyal na punto. 6. Libreng vibrations.

"Pisikal at mathematical pendulum" - Nakumpleto ni Tatyana Yunchenko. Mathematical pendulum. Pagtatanghal

Ang mga paggalaw ng panginginig ng boses ay laganap sa buhay sa ating paligid. Ang mga halimbawa ng mga oscillations ay kinabibilangan ng: ang paggalaw ng isang karayom ​​ng sewing machine, isang swing, isang clock pendulum, mga pakpak ng insekto habang lumilipad, at marami pang ibang katawan.

Maraming pagkakaiba ang makikita sa paggalaw ng mga katawan na ito. Halimbawa, ang swing ay gumagalaw nang curvilinearly, ngunit ang isang sewing machine needle ay gumagalaw nang rectilinearly; Ang pendulum ng isang orasan ay umiindayog na may mas malaking indayog kaysa sa mga pakpak ng isang tutubi. Sa parehong oras, ang ilang mga katawan ay maaaring sumailalim sa isang mas malaking bilang ng mga oscillations kaysa sa iba.
Ngunit sa lahat ng pagkakaiba-iba ng mga paggalaw na ito, mayroon silang isang mahalagang karaniwang tampok: pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon, ang paggalaw ng anumang katawan ay paulit-ulit.

Sa katunayan, kung ang bola ay inalis mula sa posisyon ng balanse at pinakawalan, pagkatapos, na dumaan sa posisyon ng balanse, ito ay lilihis sa tapat na direksyon, hihinto, at pagkatapos ay babalik sa lugar kung saan ito nagsimulang gumalaw. Ang oscillation na ito ay susundan ng pangalawa, pangatlo, atbp., katulad ng una.

Ang yugto ng panahon kung saan inuulit ang paggalaw ay tinatawag na panahon ng oscillation.

Samakatuwid sinasabi nila na ang oscillatory motion ay panaka-nakang.

Bilang karagdagan sa periodicity, ang paggalaw ng mga oscillating body ay may isa pang karaniwang tampok.

Bigyang-pansin!

Sa isang yugto ng panahon na katumbas ng panahon ng oscillation, ang anumang katawan ay dumaan sa posisyon ng equilibrium ng dalawang beses (gumagalaw sa magkasalungat na direksyon).

Ang mga paggalaw na paulit-ulit sa mga regular na pagitan, kung saan ang katawan ay dumadaan sa posisyon ng balanse nang paulit-ulit at sa iba't ibang direksyon, ay tinatawag na mekanikal na panginginig ng boses.

Sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa na nagbabalik sa katawan sa isang posisyon ng balanse, ang katawan ay maaaring mag-oscillate na parang nag-iisa. Sa una, ang mga puwersang ito ay bumangon dahil sa ilang gawaing ginagawa sa katawan (pag-unat ng spring, pagtaas nito sa taas, atbp.), na humahantong sa pagbibigay ng isang tiyak na halaga ng enerhiya sa katawan. Dahil sa enerhiya na ito, nagaganap ang mga panginginig ng boses.

Halimbawa:

Upang gawin ang swing na magsagawa ng mga oscillatory na paggalaw, kailangan mo munang alisin ito mula sa posisyon ng equilibrium sa pamamagitan ng pagtulak gamit ang iyong mga paa, o gawin ito gamit ang iyong mga kamay.

Ang mga panginginig ng boses na nangyayari dahil lamang sa paunang reserba ng enerhiya ng isang nanginginig na katawan sa kawalan ng mga panlabas na impluwensya dito ay tinatawag na mga libreng oscillations.

Halimbawa:

Ang isang halimbawa ng libreng vibrations ng isang katawan ay ang vibrations ng isang load na sinuspinde sa isang spring. Ang pag-load, sa una ay hindi balanse ng mga panlabas na puwersa, ay kasunod na mag-oscillate lamang dahil sa mga panloob na puwersa ng "load-spring" system - gravity at elasticity.

Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga libreng oscillations sa system:

a) ang sistema ay dapat na nasa isang posisyon ng matatag na ekwilibriyo: kapag ang sistema ay lumihis mula sa posisyon ng ekwilibriyo, isang puwersa ay dapat lumitaw na may posibilidad na ibalik ang sistema sa posisyon ng ekwilibriyo - ang puwersang nagpapanumbalik;
b) ang pagkakaroon ng labis na mekanikal na enerhiya sa sistema kumpara sa enerhiya nito sa posisyon ng balanse;
c) ang labis na enerhiya na natanggap ng system kapag ito ay inilipat mula sa posisyon ng ekwilibriyo ay hindi dapat ganap na gastusin sa pagtagumpayan ng mga puwersa ng friction kapag bumalik sa posisyon ng balanse, i.e. Ang mga puwersa ng friction sa system ay dapat na sapat na maliit.

Ang mga malayang oscillating na katawan ay palaging nakikipag-ugnayan sa ibang mga katawan at kasama ng mga ito ay bumubuo ng isang sistema ng mga katawan, na tinatawag na isang oscillatory system.

Ang mga sistema ng mga katawan na may kakayahang mag-free vibrations ay tinatawag na oscillatory system.

Ang isa sa mga pangunahing karaniwang katangian ng lahat ng mga sistema ng oscillatory ay ang paglitaw ng isang puwersa sa kanila na nagbabalik sa sistema sa isang matatag na posisyon ng balanse.

Halimbawa:

Sa kaso ng isang bola oscillating sa isang thread, ang bola ay malayang oscillates sa ilalim ng impluwensya ng dalawang pwersa: gravity at ang nababanat na puwersa ng thread. Ang kanilang resulta ay nakadirekta patungo sa posisyon ng balanse.

Ang isang paggalaw kung saan ang mga estado ng paggalaw ng isang katawan ay paulit-ulit sa paglipas ng panahon, na ang katawan ay dumadaan sa isang matatag na posisyon ng balanse na halili sa magkasalungat na direksyon, ay tinatawag na mechanical oscillatory motion.

Kung ang mga estado ng paggalaw ng isang katawan ay paulit-ulit sa ilang mga pagitan, kung gayon ang mga oscillations ay pana-panahon. Ang isang pisikal na sistema (katawan), kung saan ang mga oscillations ay lumitaw at umiiral kapag lumihis mula sa isang ekwilibriyo na posisyon, ay tinatawag na isang oscillatory system.

Ang proseso ng oscillatory sa isang sistema ay maaaring mangyari sa ilalim ng impluwensya ng parehong panlabas at panloob na pwersa.

Ang mga oscillation na nangyayari sa isang sistema sa ilalim ng impluwensya ng mga panloob na puwersa lamang ay tinatawag na libre.

Upang maganap ang mga libreng oscillation sa system, kinakailangan:

1. Ang pagkakaroon ng isang matatag na posisyon ng ekwilibriyo ng sistema.Kaya, ang mga libreng oscillations ay magaganap sa sistemang ipinapakita sa Figure 13.1, a; sa mga kaso b at c hindi sila lilitaw.
2. Ang pagkakaroon ng labis na mekanikal na enerhiya sa isang materyal na punto kumpara sa enerhiya nito sa isang matatag na posisyon ng ekwilibriyo. Kaya, sa sistema (Larawan 13.1, a) kinakailangan, halimbawa, upang alisin ang katawan mula sa posisyon ng balanse nito: i.e. mag-ulat ng labis na potensyal na enerhiya.
3. Ang pagkilos ng isang nagpapanumbalik na puwersa sa isang materyal na punto, i.e. puwersa na laging nakadirekta patungo sa posisyon ng ekwilibriyo. Sa sistemang ipinapakita sa Fig. 13.1, a, ang puwersa ng pagpapanumbalik ay ang resultang puwersa ng gravity at ang normal na puwersa ng reaksyon \(\vec N\) ng suporta.
4. Sa mga ideal na oscillatory system ay walang frictional forces, at ang mga resultang oscillations ay maaaring tumagal ng mahabang panahon. Sa totoong mga kondisyon, ang mga vibrations ay nangyayari sa pagkakaroon ng mga puwersa ng paglaban. Upang ang isang oscillation ay lumabas at magpatuloy, ang labis na enerhiya na natanggap ng isang materyal na punto kapag inilipat mula sa isang matatag na posisyon ng ekwilibriyo ay hindi dapat ganap na gastusin sa pagtagumpayan ng paglaban kapag bumalik sa posisyon na ito.

Panitikan

Aksenovich L. A. Physics sa sekondaryang paaralan: Teorya. Mga gawain. Mga Pagsusulit: Teksbuk. allowance para sa mga institusyong nagbibigay ng pangkalahatang edukasyon. kapaligiran, edukasyon. - pp. 367-368.

Mga mekanikal na panginginig ng boses – Ito ay mga paggalaw na eksaktong inuulit o humigit-kumulang sa ilang mga agwat. (Halimbawa, panginginig ng boses ng isang sanga sa isang puno, isang pendulum ng orasan, isang kotse sa mga bukal, at iba pa)

May mga pagbabago libre At pilit.

Ang mga oscillation na nangyayari sa isang sistema sa ilalim ng impluwensya ng mga panloob na pwersa ay tinatawaglibre. Ang lahat ng libreng vibrations ay damped. (Halimbawa: string vibration pagkatapos ng impact)

Ang mga panginginig ng boses na ginawa ng mga katawan sa ilalim ng impluwensya ng panlabas na pana-panahong pagbabago ng mga puwersa ay tinatawagpilit (Halimbawa: panginginig ng boses ng isang metal na workpiece kapag gumagana ang isang panday gamit ang isang martilyo).

Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga libreng oscillations :

• Kapag ang isang katawan ay inalis mula sa isang posisyon ng balanse, isang puwersa ay dapat lumitaw sa sistema, na may posibilidad na ibalik ito sa posisyon ng ekwilibriyo;
• Ang mga puwersa ng friction sa system ay dapat na napakaliit (ibig sabihin, malamang na zero).

… E kamag-anak → E R → E kamag-anak →…

Gamit ang halimbawa ng mga oscillations ng katawan sa isang thread, nakikita natin conversion ng enerhiya . Sa posisyon 1, sinusunod natin ang equilibrium ng oscillatory system. Ang bilis at, samakatuwid, ang kinetic energy ng katawan ay pinakamataas. Kapag ang pendulum ay lumihis mula sa posisyon ng ekwilibriyo nito, ito ay tumataas sa isang taas h kamag-anak sa zero level, samakatuwid, sa point A ang pendulum ay may potensyal na enerhiya E r . Kapag lumilipat sa posisyon ng balanse, sa punto O, ang taas ay bumababa sa zero, at ang bilis ng pagkarga ay tumataas, at sa punto O ang lahat ng potensyal na enerhiya E r nagiging kinetic energy E kin . Sa equilibrium, ang kinetic energy ay nasa pinakamataas nito at ang potensyal na enerhiya ay nasa pinakamababa nito. Matapos dumaan sa posisyon ng balanse sa pamamagitan ng pagkawalang-galaw, ang kinetic energy ay na-convert sa potensyal na enerhiya, ang bilis ng pendulum ay bumababa at sa maximum

Mga oscillations ay isang pangkaraniwang uri ng paggalaw. Malamang na nakakita ka ng mga oscillatory na paggalaw kahit isang beses sa iyong buhay sa isang swinging pendulum ng isang orasan o mga sanga ng puno sa hangin. Malamang na kahit isang beses mong hinila ang mga string ng isang gitara at nakita mong nagvibrate ang mga ito. Malinaw, kahit na hindi mo ito nakita ng iyong sariling mga mata, maaari mong isipin kung paano gumagalaw ang isang karayom ​​sa isang makinang panahi o isang piston sa isang makina.

Sa lahat ng kaso sa itaas, mayroon tayong katawan na pana-panahong nagsasagawa ng paulit-ulit na paggalaw. Ito ay tiyak na mga paggalaw na tinatawag na mga oscillations o oscillatory na paggalaw sa pisika. Ang mga pagbabago ay nangyayari sa ating buhay nang napakadalas.

Tunog- Ito ay mga pagbabago sa density at presyon ng hangin, mga radio wave- panaka-nakang pagbabago sa lakas ng electric at magnetic field, nakikitang liwanag– pati na rin ang mga electromagnetic vibrations, na may bahagyang magkaibang mga wavelength at frequency.
Mga lindol- panginginig ng boses sa lupa, unti-unting dumaloy– pagbabago sa antas ng mga dagat at karagatan na dulot ng gravity ng Buwan at umabot sa 18 metro sa ilang lugar, tibok ng pulso– panaka-nakang pag-urong ng kalamnan ng puso ng tao, atbp.
Ang pagbabago ng pagpupuyat at pagtulog, trabaho at pahinga, taglamig at tag-araw... Maging ang ating araw-araw na pagpunta sa trabaho at pag-uwi ay nasa ilalim ng kahulugan ng mga oscillations, na binibigyang-kahulugan bilang mga prosesong umuulit nang eksakto o humigit-kumulang sa mga regular na pagitan.

Ang mga oscillation ay maaaring mekanikal, electromagnetic, kemikal, thermodynamic at iba't iba pa. Sa kabila ng gayong pagkakaiba-iba, lahat sila ay may maraming pagkakatulad at samakatuwid ay inilalarawan ng parehong mga equation.

Ang pangunahing pangkalahatang katangian ng pana-panahong pag-uulit ng mga paggalaw ay ang mga paggalaw na ito ay paulit-ulit sa mga regular na pagitan, na tinatawag na oscillation period.

Ibuod natin:mekanikal na vibrations - Ito ay mga galaw ng katawan na eksaktong inuulit o humigit-kumulang sa magkaparehong pagitan ng oras.

Isang espesyal na sangay ng pisika - ang teorya ng oscillations - pinag-aaralan ang mga batas ng mga phenomena na ito. Kailangang malaman ng mga tagabuo ng barko at sasakyang panghimpapawid, mga espesyalista sa industriya at transportasyon, at mga tagalikha ng radio engineering at acoustic equipment ang mga ito.

Ang mga panginginig ng boses na nangyayari lamang bilang resulta ng paunang enerhiyang ito ay tinatawag na mga libreng panginginig ng boses. Nangangahulugan ito na hindi sila nangangailangan ng patuloy na tulong upang mapanatili ang oscillating motion.

Karamihan sa mga pagbabago sa realidad ng buhay ay nangyayari nang may unti-unting pagpapahina, dahil sa mga puwersa ng friction, air resistance, at iba pa. Samakatuwid, ang mga libreng oscillations ay madalas na tinatawag na mga oscillations, ang unti-unting pagpapalambing na maaaring mapabayaan sa panahon ng mga obserbasyon.

Sa kasong ito, ang lahat ng mga katawan na konektado at direktang kasangkot sa mga vibrations ay sama-samang tinatawag na isang oscillatory system. Sa pangkalahatan, karaniwang sinasabi na ang oscillatory system ay isang sistema kung saan maaaring umiral ang mga oscillations.

Sa partikular, kung ang isang malayang nasuspinde na katawan ay nag-oscillates sa isang thread, kung gayon ang oscillatory system ay isasama ang katawan mismo, ang suspensyon, kung ano ang nakakabit sa suspensyon, at ang Earth kasama ang pagkahumaling nito, na nagiging sanhi ng pag-oscillate ng katawan, na patuloy na ibinabalik ito. sa isang estado ng pahinga.

Ang gayong katawan ay isang palawit. Sa pisika, mayroong ilang mga uri ng mga pendulum: sinulid, tagsibol at ilang iba pa. Ang lahat ng mga sistema kung saan ang isang oscillating body o ang suspensyon nito ay maaaring kumbensyonal na kinakatawan bilang isang thread ay mga thread system. Kung ang bolang ito ay inilipat palayo sa posisyon ng ekwilibriyo at pinakawalan, ito ay magsisimula mag-alinlangan, ibig sabihin, gumawa ng paulit-ulit na paggalaw, pana-panahong dumadaan sa posisyon ng equilibrium.

Buweno, ang mga spring pendulum, gaya ng maaari mong hulaan, ay binubuo ng isang katawan at isang tiyak na tagsibol na may kakayahang mag-oscillate sa ilalim ng pagkilos ng nababanat na puwersa ng tagsibol.

Ang tinatawag na mathematical pendulum ay pinili bilang pangunahing modelo para sa pagmamasid sa mga oscillations. Mathematical pendulum tinatawag na katawan ng maliit na sukat (kumpara sa haba ng sinulid), na nasuspinde sa isang manipis na hindi mapalawak na sinulid, ang masa nito ay bale-wala kumpara sa masa mga katawan. Sa madaling salita, sa aming pangangatwiran ay hindi namin isinasaalang-alang ang thread ng pendulum sa lahat.

Well, isipin para sa iyong sarili kung paano nangyayari ang oscillatory motion para sa isang thread pendulum.

Bilang isang pahiwatig - isang larawan.