In die alledaagse lewe kom 'n persoon voortdurend manifestasies van ossillerende beweging teë. Dit is die swaai van die pendulum in die horlosie, die vibrasies van motorvere en die hele motor. Selfs 'n aardbewing is niks anders as vibrasies van die aardkors nie. Hoë geboue wieg ook van sterk rukwinde. Kom ons probeer uitvind hoe fisika hierdie verskynsel verklaar.
Slinger as 'n ossillatoriese stelsel
Die mees voor die hand liggende voorbeeld van ossillerende beweging is die muurhorlosie-slinger. Die deurgang van die pendulum van die hoogste punt aan die linkerkant na die hoogste punt aan die regterkant word sy volle swaai genoem. Die periode van een so 'n volledige ossillasie word die omtrek genoem. Die ossillasiefrekwensie is die aantal ossillasies per sekonde.
Om ossillasies te bestudeer, word 'n eenvoudige draadslinger gebruik, wat gemaak word deur 'n klein metaalbal aan 'n draad te hang. As ons ons voorstel dat die bal 'n materiële punt is, en die draad het geen massa by absolutebuigsaamheid en gebrek aan wrywing, kry jy 'n teoretiese, sogenaamde wiskundige slinger.
Die ossillasieperiode van so 'n "ideale" slinger kan met die formule bereken word:
T=2π √ l/g, waar l die lengte van die pendulum is, g die vryvalversnelling is.
Die formule wys dat die periode van ossillasie van die slinger nie afhang van sy massa nie en nie die hoek van afwyking van die ewewigsposisie in ag neem nie.
Transformasie van energie
Wat is die meganisme van pendulumbewegings, herhaal met 'n sekere tydperk selfs tot oneindig, as daar geen wrywing en weerstandskragte was nie, om te oorkom wat 'n sekere werk vereis word?
Die slinger begin ossilleer as gevolg van die energie wat daaraan oorgedra word. Op die oomblik dat die slinger van die vertikale posisie weggeneem word, gee ons dit 'n sekere hoeveelheid potensiële energie. Wanneer die slinger van sy boonste punt na sy aanvanklike posisie beweeg, word potensiële energie in kinetiese energie omgeskakel. In hierdie geval sal die spoed van die pendulum die grootste word, aangesien die krag wat versnelling verleen, afneem. As gevolg van die feit dat in die beginposisie die spoed van die slinger die grootste is, stop dit nie, maar beweeg deur traagheid verder langs die boog van 'n sirkel tot presies dieselfde hoogte as die een waaruit dit afgesak het. Dit is hoe energie tydens ossillerende beweging van potensiaal na kineties omgeskakel word.
Die hoogte van die slinger is gelyk aan die hoogte van sy verlaging. Galileo het tot hierdie gevolgtrekking gekom terwyl hy 'n eksperiment met 'n slinger uitgevoer het, wat later na hom vernoem is.
Die swaai van 'n pendulum is 'n onbetwisbare voorbeeld van die wet van behoud van energie. En hulle word harmoniese vibrasies genoem.
Sinusgolf en fase
Wat is 'n harmoniese ossillerende beweging. Om die beginsel van so beweging te sien, kan jy die volgende eksperiment uitvoer. Ons hang 'n tregter met sand aan die dwarsbalk. Daaronder sit ons 'n vel papier wat loodreg op die skommelinge van die tregter geskuif kan word. Nadat ons die tregter aan die gang gesit het, skuif ons die papier.
Die resultaat is 'n golwende lyn wat in sand geskryf is - 'n sinusoïed. Hierdie ossillasies, wat in ooreenstemming met die sinuswet voorkom, word sinusvormig of harmonies genoem. Met sulke fluktuasies sal enige hoeveelheid wat die beweging kenmerk, verander volgens die wet van sinus of cosinus.
Nadat die sinusoïed wat op die karton gevorm is, ondersoek is, kan opgemerk word dat die sand 'n laag sand is in sy verskillende afdelings van verskillende diktes: aan die bokant of trog van die sinusoïed was dit die digste opgestapel. Dit dui daarop dat op hierdie punte die slinger se spoed die kleinste was, of eerder nul, by daardie punte waar die slinger sy beweging omgekeer het.
Die konsep van fase speel 'n groot rol in die studie van ossillasies. In Russies vertaal, beteken hierdie woord "manifestasie". In fisika is 'n fase 'n spesifieke stadium van 'n periodieke proses, dit wil sê die plek op die sinusoïed waar die pendulum tans geleë is.
Huiwerings op vrye voete
As die ossillatoriese stelsel beweging gegee word en dan gestop worddie invloed van enige kragte en energieë, dan sal die ossillasies van so 'n stelsel vry genoem word. Die ossillasies van die pendulum, wat aan homself oorgelaat word, sal geleidelik begin vervaag, die amplitude sal afneem. Die beweging van die slinger is nie net veranderlik nie (vinniger aan die onderkant en stadiger aan die bokant), maar ook nie eenvormig veranderlik nie.
In harmoniese ossillasies word die krag wat die slingerversnelling gee, swakker met 'n afname in die hoeveelheid afwyking van die ewewigspunt. Daar is 'n proporsionele verband tussen krag en defleksieafstand. Daarom word sulke vibrasies harmonies genoem, waarin die hoek van afwyking van die ewewigspunt nie tien grade oorskry nie.
Geforseerde beweging en resonansie
Vir praktiese toepassing in ingenieurswese, word vibrasies nie toegelaat om te verval nie, wat 'n eksterne krag aan die ossillerende stelsel oordra. As die ossillatoriese beweging onder eksterne invloed plaasvind, word dit gedwonge genoem. Geforseerde ossillasies vind plaas met die frekwensie wat 'n eksterne invloed hulle stel. Die frekwensie van die werkende eksterne krag kan al dan nie saamval met die frekwensie van die natuurlike ossillasies van die pendulum nie. Wanneer dit saamval, neem die amplitude van die ossillasies toe. 'n Voorbeeld van so 'n toename is 'n swaai wat hoër opstyg as jy hulle tydens beweging versnelling gee en die maat van hul eie beweging tref.
Hierdie verskynsel in fisika word resonansie genoem en is van groot belang vir praktiese toepassings. Byvoorbeeld, wanneer 'n radio-ontvanger op die verlangde golf afgestem word, word dit in resonansie met die ooreenstemmende radiostasie gebring. Die verskynsel van resonansie het ook negatiewe gevolge,lei tot die vernietiging van geboue en brûe.
Selfversorgende stelsels
Behalwe gedwonge en vrye vibrasies, is daar ook selfossillasies. Hulle vind plaas met die frekwensie van die ossillerende stelsel self wanneer dit aan 'n konstante eerder as 'n veranderlike krag blootgestel word. 'n Voorbeeld van selfossillasies is 'n horlosie, die beweging van die slinger waarin voorsien en in stand gehou word deur die veer af te wikkel of die las te laat sak. Wanneer die viool bespeel word, val die natuurlike vibrasies van die snare saam met die krag wat voortspruit uit die invloed van die boog, en 'n klank van 'n sekere tonaliteit verskyn.
Ossillerende stelsels is uiteenlopend, en die studie van die prosesse wat daarin plaasvind in praktiese eksperimente is interessant en leersaam. Die praktiese toepassing van ossillerende beweging in die alledaagse lewe, wetenskap en tegnologie is uiteenlopend en onontbeerlik: van swaaiswaaie tot die vervaardiging van vuurpylenjins.
