Mehanske vibracije: kaj je to?

Čas je treba posvetiti kratkemu eseju o nihanju. Najprej pa morate odgovoriti na eno pomembno vprašanje. Kaj pomenijo mehanske vibracije? Z njimi pomenijo gibanje, v katerem opazovano telo večkrat zaseda enake položaje v prostoru.

Fiziki razlikujejo neperiodične in periodične oscilacije. Med prvimi so tiste, pri katerih koordinatnih in drugih značilnosti telesa ni mogoče opisati z uporabo periodičnih funkcij časa. Z drugim pogledom je lažje. Periodična nihanja so tista, ki jih lahko opisujemo z uporabo periodičnih funkcij časa. Kaj pa z njimi pomenijo? V fiziki se nihanja pogosto razumejo tudi kot procesi, ki se v določenem času ponavljajo. In ločeno glede na obravnavano temo je treba povedati naslednje. Mehanske oscilacije se lahko pogojno razvrstijo na naslednji način:

1. Glede na pogoje dogodka:
1. Prisilno;
2. Samonastala;
3. Brezplačno
2. Odvisno od spremembe kinetične energije v času:
1. Harmonična;
2. Žagovina;
3. Fading.

Članek ne bo obravnaval vseh, ampak samo nekatere vrste vibracij. Omeniti moramo tudi formule, njihovo uporabo in raznolikost. Skratka, veliko njih. Različnost, v kateri so predstavljene mehanske oscilacije, formule za določanje njihovih parametrov, so znanstvenike spodbudile k oblikovanju ločenih referenčnih knjig, ki so bile zasnovane za specifične situacije. Ni potrebno sami izmisliti ničesar. Pri ustvarjanju nihajnega sistema bo potrebno le pol ure ali uro poiskati formulo za določeno situacijo.

Značilne mehanske vibracije

Fizične količine se uporabljajo za karakterizacijo mehanskih vibracij, ki zagotavljajo potrebne podatke. Amplituda nihanja je največje odstopanje telesa, ki niha od začetne vrednosti položaja. In kakšno je obdobje? V njem so vibracije čas, v katerem mora telo ponoviti vsa svoja gibanja, ali z drugimi besedami, za izvedbo enega ponovitve gibanja. Kaj pomeni frekvenca? Pod njo razumemo število, ki je enako številu nihanj za eno enoto časa. Pogosto v domačih, šolskih in univerzitetnih eksperimentih pogostost jemanja ene sekunde. Ciklična frekvenca se pogosto uporablja namesto pojma števila nihanj, ki se pojavijo na časovno enoto, in pomeni njegov izračun, ki je potreben za izvedbo enega takšnega cikla.

Harmonične mehanske vibracije

S harmoničnimi nihanji so mišljene tiste, katerih fizikalna količina, izbrana za karakteristiko, variira na časovnem intervalu v obliki sinusne krivulje, ki jo je mogoče enostavno prikazati v grafičnem načinu. Ko spremenite koordinate materialne točke po harmoničnem zakonu se spreminja tudi impulz, hitrost in pospešek.

Prosta nihanja

Ko je oscilacija v sistemu zaradi začetne energije, se imenuje prost. Kot praktični prikaz tega tipa fizičnega procesa se uporabljajo posebni modeli: vzmetni in matematični nihalniki. Omogočajo vam delo z najpogostejšimi situacijami. Kot matematično nihalo zavzamejo točko, ki niha in visi na neraztegljivi in ​​breztežni niti. Takšne naprave na zemlji ni. Zato je teoretični model najbližji strukturi, sestavljeni iz krogle, katere premer (velikost) je bistveno manjši od dolžine navoja. Potrebno je izvajati fizične ukrepe. Tako žogico odbijte od njenega začetnega položaja in jo spustite. Tako bo lahko vsak eksperimentator videl mehanske vibracije. Obdobje in njihova frekvenca sta odvisna izključno od parametrov sistema: dolžine navoja matematičnega nihala, togosti vzmeti in mase obremenitve (pomembno za vzmetni nihalo). Zaradi tega prostih nihanj imenujemo tudi lastna nihanja sistema. To je povsem logično. In frekvenca, s katero se vse dogaja, se imenuje sistemska.

Pretvorba energije med mehanskimi vibracijami

Potencial in kinetična energija ko se telo med seboj premakne. In isto je tudi obratno. Ko sistem odstopa od začetnega ravnotežnega položaja do največje možne vrednosti, potencialna energija doseže tudi svojo maksimalno vrednost, kinetika telesa pa minimalno. Ločeno pa je treba povedati o eni napačni predstavi, ki je priljubljena med ljudmi. Ko je doseženo ravnovesje, potencialne energije se nahaja na svojem minimumu (ponavadi se tukaj šteje, da je nič), medtem ko kinetika (in to je tako gibanje telesa kot hitrost njenega gibanja) doseže maksimum. V praksi se upošteva nekaj drugega. V realnih sistemih obstajajo potencialne sile, katerih vrednost ni enaka nič. Energija sistema se izgubi zaradi dela podpornih sil, trenja zraka, notranjih vzmetnih sil ali vzmetenja. Amplituda telesnega nihanja se postopoma zmanjšuje. Takšna nihanja se imenujejo dušena. Če sila trenja je prevelika, celotna oskrba z energijo se lahko porabi v enem samem obdobju nihanja, gibanje telesa pa ne bo periodično.

Prisilne vibracije

Pod prisilnimi nihanji razumejo tiste od njih, ki se pojavljajo pod vplivom zunanje sile, ki opravlja delo, ki se spreminja v času. Obstaja še eno besedilo. Zaradi zunanjega dotoka energije se ohranja v sistemu na zadostni ravni, tako da se pojavijo dejanska nihanja. Da bi to razumeli, je treba vzporediti z realnostjo. Primer predmeta, ki opravlja tovrstno nihanje, je gugalnica, na kateri sedi ena oseba, druga pa jo niha. Obstaja ena odtenka. Če zunanja sila kompenzira izgubo energije v sistemu neprekinjeno ali občasno, ne da bi ustavila proces nihanja, se ti imenujejo prisiljeni brez izgube.

V razponu lahko opazimo naslednje. Amplituda prisilnih nihanj je v celoti določena s silo, ki deluje od zunaj, kot tudi z razmerjem med lastnimi frekvencami udeleženih v procesu. Tukaj je še en zanimiv pojav. Pri prisilnih nihanjih lahko občasno opazimo močno povečanje amplitude, ki se imenuje resonanca.

Resonanca

Pojavi se v primerih, ko sila, ki vpliva na sistem, postane zelo blizu frekvenci nihanja. Druga možnost je možna. V primeru, da je frekvenca vplivne sile večkratna od nihanja samega sistema, na katerem deluje, se pojavi tudi resonanca. Kako je grafično prikazana? Odvisnost amplitude oscilacij sistema od frekvence vplivne sile je izražena z uporabo resonančne krivulje.

Samodejno nihanje

Njihova uporaba samonikulacij najdemo v tehniki. Obstajajo tam, kjer se ohranja stalna nihanja zaradi energetskega vira, ki lahko samodejno vklopi in izklopi sistem. V takšnih primerih lahko resno razmislite o tem, da sistemu dodelite lastno nihajno stanje. Zakaj? Trenutek, ko je potrebno napajati energijo za nihanje, spremlja podsistem, odgovoren za povratne informacije. Glede na parametre telesa lahko močno in takoj vpliva ali postopoma in postopoma. Lahko odpre ali zapre možnost, da energija teče v celotni sistem. To je njena glavna naloga. Kot primer lastno-nihajočega sistema lahko spomnimo nihalno uro, kjer je vir energije teža, in sidrni mehanizem uspešno izpolnjuje vlogo povratnega podsistema, ki uravnava kinetični tok, od katerega so odvisne mehanske vibracije.

Parametrična nihanja

Pod to vrsto nihanja so definirani tisti, ki se pojavljajo v sistemih, ki periodično spreminjajo svoje parametre. Kaj lahko rečete o njih? Edina stvar, ki določa amplitudo in moč oscilacijskega sistema, so njegovi parametri.