Care este oscilația naturală? valoare

Fluctuațiile proprii sunt procese care se disting printr-o anumită repetabilitate. De exemplu, ele includ mișcarea ceasului pendulului, șirul de chitară, picioarele furcii de tuning, activitatea inimii.

Oscilații mecanice

Având în vedere natura fizică, oscilațiile naturale pot fi mecanice, electromagnetice, electromecanice. Să analizăm în detaliu primul proces. Oscilațiile proprii apar atunci când nu există frecare suplimentară, nu există forțe externe. Pentru astfel de mișcări, frecvența depinde numai de caracteristicile sistemului dat.

Procese armonice

Aceste oscilații naturale presupun o schimbare a valorii oscilante în conformitate cu legea cosinusului (sine). Să analizăm cea mai simplă formă a unui sistem oscilator constând dintr-o minge suspendată pe un arc.

În acest caz, forța gravitațională echilibrează elasticitatea arcului. Conform legii lui Hooke, există o relație directă între elongația primăverii și forța aplicată corpului.

Proprietățile forței elastice

Oscilațiile electromagnetice proprii în circuit sunt legate de amploarea efectului asupra sistemului. Forța de elasticitate, care este proporțională cu deplasarea mingii din poziția de echilibru, este direcționată spre starea de echilibru. Mutarea mingii sub influența ei poate fi descrisă de legea cosinusului.

Perioada oscilațiilor naturale va fi determinată matematic.

În cazul unui pendul de primăvară, se dezvăluie dependența de rigiditatea sa, precum și de masa încărcăturii. Perioada de oscilații naturale în acest caz poate fi calculată prin formula.

Energie cu oscilație armonică

Valoarea este constantă în cazul în care nu există forță de frecare.

Odată cu apariția mișcării oscilatorii, energia cinetică este convertită periodic într-o cantitate potențială.

Oscilații amortizate

Oscilațiile electromagnetice proprii pot apărea în cazul în care sistemul nu este afectat de forțele externe. Frecarea contribuie la amortizarea oscilațiilor, amplitudinea acestora scade.

Frecvența oscilațiilor naturale într-un circuit oscilator este legată de proprietățile sistemului, precum și de intensitatea pierderilor.

Pe măsură ce crește coeficientul de atenuare, se observă o creștere a perioadei de mișcare oscilantă.

Raportul dintre amplitudinile, care sunt separate printr-un interval egal cu o perioadă, este o constantă pe tot parcursul procesului. Această atitudine se numește decăderea decăderii.

Oscilațiile proprii în circuitul oscilator sunt descrise de legea sines (cosines).

Perioada de oscilație este o cantitate imaginară. Mișcarea are un caracter aperiodic. Sistemul, care iese din poziția de echilibru fără oscilații suplimentare, revine la starea inițială. Modul de a aduce sistemul la o stare de echilibru este determinat de condițiile sale inițiale.

rezonanță

Perioada oscilațiilor naturale ale circuitului este determinată de legea armonică. Forțele oscilante apar în sistem sub acțiunea forței variabile periodic. Când compilați ecuații de mișcare ia în considerare faptul că, în plus față de efectul de forțare, există, de asemenea, forțe care acționează sub oscilații libere: rezistența mediului, forța cvasi-elastică.

O rezonanță este o creștere accentuată a amplitudinii oscilațiilor forțate atunci când frecvența forței motrice tinde spre frecvența naturală a corpului. Toate oscilațiile care apar în acest caz sunt numite rezonante.

Pentru a determina relația dintre amplitudine și forța exterioară pentru oscilații forțate, se poate utiliza o configurație experimentală. Cu rotația lentă a mânerului, maneta se deplasează pe arc în jos și în sus, similar cu punctul de suspendare a acestora.

Oscilațiile electromagnetice proprii în circuitul oscilator pot de asemenea calcula parametrii fizici rămași ai sistemului.

În cazul unei rotații mai rapide, oscilațiile cresc și la o frecvență de rotație egală cu cea a sinei, se atinge valoarea maximă a amplitudinii. Odată cu creșterea ulterioară a vitezei de rotație, amplitudinea oscilațiilor forțate ale încărcăturii analizate scade din nou.

Rezonanță caracteristică

Cu o mișcare nesemnificativă a mânerului, sarcina aproape nu-și schimbă poziția. Motivul inerției pendulului de primăvară, care nu are timp sub influența unei forțe exterioare, este, prin urmare, observat doar "jitter în loc".

Frecvența naturală a oscilațiilor din circuit va corespunde unei creșteri accentuate a amplitudinii frecvenței acțiunii externe.

Un grafic al unui astfel de fenomen este numit o curbă de rezonanță. Acesta poate fi, de asemenea, luate în considerare pentru un pendul fir. Dacă atârnă o minge masivă pe raft, precum și un număr de penduluri ușoare cu lungimi diferite ale firului.

Fiecare dintre aceste penduluri are propria frecvență de oscilație, care poate fi determinată de accelerația gravitației, de lungimea filamentului.

În cazul în care mingea este dedus din starea de echilibru, lăsând nici un pendul semafor este apoi eliberat, va leagăn pentru grătare prigibaniyam periodice. Acest lucru va determina impactul schimbării forței elastice din când în când în pendulele de lumină, să le efectueze oscilații forțate. Treptat, toate vor avea aceeași amplitudine, care va fi o rezonanță.

Acest fenomen poate fi văzut și pentru un metronom al cărui bază este conectată printr-un fir la axa pendulului. În acest caz, se va oscila cu o amplitudine maximă, atunci frecvența pendulului "trăgând" șirul corespunde frecvenței oscilațiilor sale libere.

Rezonanța apare atunci când o forță exterioară, acționând în timp cu oscilații libere, efectuează lucrul cu o valoare pozitivă. Aceasta duce la o creștere a amplitudinii mișcării oscilatorii.

Pe lângă impactul pozitiv, fenomenul de rezonanță are adesea o funcție negativă. De exemplu, în cazul în care limba clopotului este agitată, este important ca sunetul să aibă funia să acționeze într-o singură cursă cu mișcări libere vibraționale ale limbii.

Aplicarea rezonanței

La rezonanță, se bazează activitatea contorului de frecvență de stuf. Dispozitivul este prezentat sub formă de plăci elastice de diferite lungimi, fixate pe o bază comună.

În cazul în care frecvența de contact cu sistemul oscilant, care este necesară pentru a determina frecvența cu amplitudinea maximă de o placă va oscila, a căror frecvență este măsurată. După ce platina intră în rezonanță, este posibil să se calculeze frecvența sistemului oscilator.

În secolul al XVIII-lea, nu departe de orașul francez Angers, un detașament de soldați se mișca de-a lungul podului cu lanț, care avea o lungime de 102 de metri. Frecvența treptelor lor a presupus o valoare egală cu frecvența oscilațiilor libere ale podului, ceea ce a determinat rezonanța. Acest lucru a cauzat spargerea lanțului, prăbușirea podului.

În 1906, din același motiv, podul egiptean din Sankt-Petersburg a fost distrus, de-a lungul căreia sa mutat o escadră de călăreți. Pentru a evita astfel de fenomene neplăcute, acum, când trec podul, unitățile militare merg într-un pas liber.

Fenomene electromagnetice

Acestea sunt oscilații interdependente ale câmpurilor magnetice și electrice.

Oscilațiile electromagnetice proprii în circuit apar atunci când sistemul este scos din poziția de echilibru, de exemplu, atunci când încărcarea este încărcată de condensator, valoarea curentă se modifică în circuit.

Există oscilații electromagnetice în diferite circuite electrice. În acest caz, mișcarea vibrațională produce curent, tensiune, încărcare, intensitatea câmpului electric, inducția magnetică și alte cantități electrodynamice.

Acestea pot fi considerate oscilații amortizate, deoarece energia raportată sistemului ajunge la încălzire.

Deoarece oscilațiile electromagnetice forțate sunt procese în circuit, care sunt cauzate de o forță electromotoare externă sinusoidală în schimbare periodică.

Procese similare sunt descrise de aceleași legi ca în cazul oscilațiilor mecanice, dar au o natură fizică complet diferită. Fenomenele electrice sunt un caz special al proceselor electromagnetice cu putere, tensiune, curent alternativ.

Circuit oscilant

Este un circuit electric care constă dintr-un inductor conectat în serie, un condensator cu o capacitate specifică, un rezistor de rezistență.

Cu o stare de echilibru stabilă a circuitului oscilator, condensatorul nu are încărcătură și un curent electric nu trece prin bobină.

Dintre caracteristicile principale ale oscilațiilor electromagnetice, se observă frecvența ciclică, care este al doilea derivat de sarcină în raport cu timpul. Faza oscilațiilor electromagnetice este o cantitate armonică, descrisă de legea sinusului (cosinus).

Perioada din circuitul oscilator este determinată de formula Thomson, depinde de capacitatea condensatorului și de inductanța bobinei cu curentul. Curentul în circuit variază în conformitate cu legea sinusoidală, astfel încât este posibil să se determine deplasarea de fază pentru o anumită oscilație electromagnetică.

AC curent

Într-un cadru care se rotește la o viteză unghiulară constantă într-un câmp magnetic omogen, cu o anumită cantitate de inducție, se determină o emf armonică. Conform legii lui Faraday pentru inducția electromagnetică, acestea sunt determinate de schimbarea fluxului magnetic, este o valoare sinusoidală.

Când este conectat la un circuit de EMF oscilator extern apar în Vibrațiile forțate apar ώ frecvență ciclică, egală în valoare cu sursa de frecvență în sine. Acestea sunt mișcări neamortizate, deoarece atunci când se face de încărcare apare diferența de potențial, fluxurile de curent în circuit, și alte mărimi fizice. Aceasta determină modificări armonice ale tensiunii, curentului, numite cantități fizice pulsante.

Ca frecvență industrială a curentului alternativ, este adoptată valoarea de 50 Hz. Pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată la trecerea printr-un conductor de curent alternativ, nu aplicați valorile maxime de putere, deoarece este realizată numai în anumite intervale de timp. În acest scop, se folosește puterea medie, care este raportul dintre întreaga energie care trece prin circuit în timpul perioadei analizate și valoarea sa.

Valoarea curentului alternativ corespunde unei valori constante, care produce aceeași cantitate de căldură în decursul perioadei ca și curentul alternativ.

transformator

Acesta este un dispozitiv care mărește sau scade tensiunea fără pierderi semnificative de energie electrică. Acest model este alcătuit din mai multe plăci, pe care sunt fixate două bobine cu înfășurări de sârmă. Primarul este conectat la o sursă de tensiune alternativă, iar secundarul este atașat la dispozitivele care consumă energie electrică. Pentru un astfel de dispozitiv, raportul de transformare este selectat. Pentru un transformator step-up acesta este mai mic decât unul, iar pentru un transformator step-up tinde la 1.

Auto-oscilații

Acestea sunt sisteme care reglează automat alimentarea cu energie a unei surse externe. Procesele care apar în ele sunt considerate a fi acțiuni periodice (nedescoperite) (auto-oscilante). La sisteme similare generator de lampă interacțiunile electromagnetice, sună, ceas.

Există, de asemenea, cazuri în care diferite organisme participă simultan la diferite direcții în oscilații.

Dacă combinăm astfel de mișcări care au amplitudini egale, putem obține o oscilație armonică cu o amplitudine mai mare.

Prin teorema Fourier, agregatul sistemelor oscilante simple, care pot fi descompuse într-un proces complex, este considerat un spectru armonic. Aceasta indică amplitudinile și frecvențele tuturor oscilațiilor simple care intră într-un astfel de sistem. Cel mai adesea, spectrul este afișat grafic.

Pe axa orizontală, frecvențele sunt notate, iar ordonatele arată amplitudinile unei astfel de vibrații.

Orice mișcare vibrațională: mecanică, electromagnetică, caracterizată prin anumite cantități fizice.

În primul rând, acești parametri includ amplitudinea, perioada și frecvența. Pentru fiecare parametru, există expresii matematice, care vă permit să efectuați calcule, să cuantificați caracteristicile necesare.