Nihanja: mehanska in elektromagnetna. Proste in prisilne vibracije. Značilno

Ena izmed najbolj zanimivih tem v fiziki je nihanje. Študija mehanike je z njimi tesno povezana, s tem, kako se obnašajo telesa, na katera vpliva ena ali druga sila. Torej, pri proučevanju nihanj, lahko opazujemo nihala, vidimo odvisnost amplitude nihanja od dolžine navoja, na katero visi telo, trdnosti vzmeti in teže tovora. Kljub navidezni enostavnosti pa ta tema še zdaleč ni tako preprosta, kot bi si želeli. Zato smo se odločili, da bomo zbrali najbolj znane informacije o vibracijah, njihovih vrstah in lastnostih ter za vas pripravili kratek povzetek te teme. Morda vam bo to koristilo.

Opredelitev pojma

Preden govorimo o pojmih mehanskih, elektromagnetnih, prostih, prisilnih nihanj, o njihovi naravi, značilnostih in vrstah, pogojih nastanka, je treba ta koncept opredeliti. V fiziki je torej nihanje ime nenehno ponavljajočega se procesa spreminjanja stanja okoli ene točke v prostoru. Najenostavnejši primer je nihalo. Vsakič, ko oscilira, odstopa od določene navpične točke, najprej do ene in nato do druge strani. Teorija oscilacij in valov proučuje pojav.

Vzroki in pogoji nastanka

Kot pri vsakem drugem pojavu, se nihanja pojavljajo le, če so izpolnjeni določeni pogoji. Mehanske prisilne oscilacije, kot so proste, se pojavijo, ko so pogoji, kot so:

1. Prisotnost sile, ki odstrani telo iz stanja stabilnega ravnovesja. Na primer, potiskanje matematičnega nihala, pri katerem se gibanje začne.

2. Prisotnost minimuma torne sile v sistemu. Kot je znano, trenje upočasni določene fizikalne procese. Večja kot je sila trenja, manjša je verjetnost nihanja.

3. Ena od sil mora biti odvisna od koordinat. To pomeni, da telo spremeni svoj položaj v določenem koordinatnem sistemu glede na določeno točko.

Vrste vibracij

Ob obravnavi dejstva, da je takšno nihanje, preglejmo njihovo razvrstitev. Obstajata dve najbolj znani klasifikaciji - po fizični naravi in ​​po naravi interakcije z okoljem. Torej se po prvem znaku oddajajo mehanske in elektromagnetne, po drugi pa svobodne in prisilne vibracije. Obstajajo tudi samo-oscilacije, dušene oscilacije. Govorili pa bomo le o prvih štirih vrstah. Oglejmo si natančneje vsakega od njih, spoznamo njihove značilnosti in podamo zelo kratek opis njihovih glavnih značilnosti.

Mehansko

Z mehanskim začetkom se preučuje nihanje v šolskem tečaju fizike. Učenci se začnejo z njimi seznaniti fizikalni odsek kot mehanik. Upoštevajte, da se ti fizikalni procesi odvijajo v okolju in jih lahko opazujemo s prostim očesom. Pri takšnih vibracijah telo večkrat izvaja isto gibanje, mimo določenega položaja v prostoru. Primeri takšnih nihanj so isti nihalniki, vibracije vilice ali vrvice za kitaro, gibanje listov in vej na drevesu ter gugalnica.

Elektromagnetno

Po takem konceptu, kot je mehansko nihanje trdno naučeno, se začne študija elektromagnetnih nihanj, ki so v svoji strukturi bolj kompleksne, saj ta vrsta teče v različnih električnih tokokrogov. Pri tem se opazijo nihanja tako v električnih kot tudi v magnetnih poljih. Kljub temu elektromagnetna nihanja imajo nekoliko drugačno naravo pojava, zakoni za njih so enaki kot za mehanske. Kadar lahko elektromagnetna nihanja spremenijo ne samo intenziteto elektromagnetnega polja, temveč tudi lastnosti, kot so moč polnjenja in tok. Pomembno je tudi omeniti, da obstajajo prosta in prisilna elektromagnetna nihanja.

Prosta nihanja

Ta vrsta nihanja se pojavi pod vplivom notranjih sil, ko je sistem izpeljan iz stanja stabilnega ravnovesja ali počitka. Proste oscilacije so vedno dušene, kar pomeni, da se njihova amplituda in frekvenca sčasoma zmanjšata. Živ primer tega tipa nihanja je gibanje tovora, ki je obešeno iz navoja in niha od ene strani do druge; obremenitev, ki je pritrjena na vzmet, nato pada pod delovanjem gravitacije, nato pa se dvigne pod delovanjem pomladi. Mimogrede, tovrstne oscilacije so deležne pozornosti pri proučevanju fizike. Večina nalog je posvečenih prostim nihanjem, ne pa prisilnim.

Prisiljeno

Kljub temu, da študentje takšne procese preučujejo manj podrobno, so prisilne oscilacije najpogostejše v naravi. Precej dober primer tega fizičnega pojava je lahko gibanje vej na drevesih v vetrovnem vremenu. Takšna nihanja se vedno pojavijo pod vplivom zunanjih dejavnikov in sil in se pojavijo v vsakem trenutku.

Oscilacijske značilnosti

Kot vsak drugi proces imajo vibracije svoje značilnosti. Obstaja šest glavnih parametrov nihajnega procesa: amplituda, čas, frekvenca, faza, premik in ciklična frekvenca. Seveda ima vsak od njih svoje oznake, pa tudi merske enote. Oglejmo jih podrobneje in se osredotočimo na kratek opis. V tem primeru ne bomo barvali formul, ki se uporabljajo za izračun določene vrednosti, da ne bi zmedle bralca.

Offset

Prvi je zamaknjen. Ta značilnost kaže odmik telesa od točke ravnotežja v določenem času. Meri se v metrih (m), splošno sprejeta oznaka je x.

Amplituda nihanja

Ta vrednost označuje največji premik telesa od točke ravnotežja. V prisotnosti stalnega nihanja je konstantna vrednost. Meri se v metrih, splošno sprejeta oznaka je x _m .

Obdobje nihanja

Druga vrednost, ki označuje čas, v katerem pride do popolnega nihanja. Splošno sprejeta notacija je T, izmerjena v sekundah.

Pogostost

Zadnja značilnost, o kateri bomo govorili, je frekvenca nihanja. Ta vrednost označuje število nihanj v določenem časovnem obdobju. Merjeno v Hertz (Hz) in označeno kot ν.

Vrste nihala

Torej smo razstavili prisilne vibracije, govorili o prostih, kar pomeni, da bi morali omeniti tudi vrste nihanj, ki se uporabljajo za ustvarjanje in proučevanje svobodnih vibracij (v šolskih pogojih). Tu lahko ločimo dve vrsti - matematično in harmonično (pomlad). Prva je vrsta telesa, ki je obešena na neraztegljivo nit, katere velikost je enaka l (glavna pomembna količina). Drugi je obremenitev, ki je pritrjena na vzmet. Pomembno je poznati maso tovora (m) in togost vzmeti (k).

Sklepi

Torej smo ugotovili, da obstajajo mehanske in elektromagnetne oscilacije, ki so podali njihovo kratko karakteristiko, opisali vzroke in pogoje za nastanek teh tipov nihanj. Povedali so nekaj besed o glavnih značilnostih teh fizičnih pojavov. Razumeli smo tudi dejstvo, da so prisilne nihanja in prosti. Ugotovili so, kako se razlikujejo med seboj. Poleg tega smo povedali nekaj besed o nihalih, ki se uporabljajo pri preučevanju mehanskih vibracij. Upamo, da vam bodo te informacije koristile.