Oscilații libere

Procesele vibraționale sunt unul dintre cele mai frecvente fenomene din natură. Cercetarea lor se ocupă de diferitele ramuri ale cunoașterii, în primul rând fizica. Pentru a răspunde la întrebarea despre ce oscilații sunt numite libere, trebuie să se țină seama de faptul că această categorie este cea inițială în studiul întregii varietăți de fenomene vibraționale care apar în natură.

Distingem următoarele tipuri, clasificate după următoarele motive.

Prin natura fizică distingeți vibrații mecanice, electromagnetice și mixte, combinând caracteristicile celor deja numite.

Prin metoda fluxului în mediile înconjurătoare se disting următoarele oscilații:

- forțate, adică cele care sunt cauzate și apar sub influența diferitelor perturbații externe ale mediilor în care acestea apar. În acest caz, trebuie respectată condiția de periodicitate a acestor perturbații;

- vibrații libere, numite și cele intrinseci, care sunt inițiate de către interne proprietățile sistemului și care se caracterizează prin atenuare obligatorie, atunci când acțiunea forțelor interne încetează sau scade;

- auto-oscilațiile sunt cele caracterizate de prezența unor potențiale în sistem (energie potențială), care asigură realizarea oscilațiilor. Principalul lucru este că oscilațiile libere diferă de auto-oscilații, dependența amplitudinii nu depinde de impulsul inițial de forță de inițiere, ci de caracteristicile sistemului fizic însuși;

- parametric - sunt oscilațiile care se formează atunci când sistemul specificat este atribuit deliberat unui sistem vibrațional al unui parametru care acționează ca o manifestare a proprietăților mediului extern;

- alegeri oscilante sunt cele în care factorii care afectează procesul oscilator sunt aleatorii, nu parametrici.

Rezumând aceste caracteristici, se poate concluziona că, în cea mai generală formă, oscilațiile sunt schimbări periodice într-un anumit sistem în raport cu starea sa de echilibru cu o anumită periodicitate. Cele mai răspândite sfere de manifestare a proceselor oscilante în natură sunt mecanice fenomene, chimice, val și electric, astronomic, electromagnetic și altele. Proprietatea comună a tuturor, fără excepție tipuri de oscilații, este că acestea sunt direct legate de tranziția energetică - transformarea uneia tip de energie în altul.

Așa cum am menționat deja, punctul de plecare în studiul naturii proceselor oscilante este o investigație de genul oscilațiilor libere. Caracteristicile lor principale sunt următorii parametri:

- amplitudinea (A) - cea mai mare abatere a sistemului față de starea de echilibru (cel mai adesea se utilizează valoarea medie);

- perioada (T) este o anumită perioadă de timp în care este posibilă fixarea repetărilor stărilor sistemului;

- frecvența oscilațiilor libere (f) - numărul de oscilații pe care sistemul le face pentru o anumită unitate de timp. Acest parametru este măsurat în hertz (Hz).

Relația dintre acești parametri reflectă formula care caracterizează oscilațiile libere ca fenomen. Pentru diferite sisteme oscilatorii, parametrii din această formulă sunt incluși în combinații diferite, în funcție de sistemul în cauză.

De exemplu, în cel mai simplu circuit oscilator, perioada și frecvența sunt legate de formula: f = 1 / T, din care se poate observa că perioada și frecvența sunt reciprocale.

Dacă luăm în considerare oscilațiile libere care apar într-un astfel de sistem ca un izvor fix fix, cu o anumită elasticitate (k), atunci ar trebui să ne întoarcem la a doua lege a lui Newton. Luând în considerare acest lucru, formula care reflectă proprietățile sistemului oscilator luat în considerare are forma: F = -kx. Aceasta indică faptul că dacă neglijăm valorile forțelor de frecare și presupunem că masa este constantă, atunci un astfel de sistem va oscila întotdeauna cu aceeași perioadă, chiar și cu amplitudini diferite și condiții inițiale de origine.