Daar is verskillende tipes ossillasies in fisika, gekenmerk deur sekere parameters. Oorweeg hul hoofverskille, klassifikasie volgens verskillende faktore.
Basiese definisies
Onder fluktuasie word 'n proses bedoel waarin die hoofkenmerke van die beweging met gereelde tussenposes dieselfde waardes het.
Periodiese ossillasies is dié waarin die waardes van die basiese hoeveelhede met gereelde tussenposes herhaal (ossillasieperiode).
Variëteite van ossillatoriese prosesse
Kom ons kyk na die hooftipes ossillasies wat in fundamentele fisika bestaan.
Vrye vibrasies is dié wat voorkom in 'n sisteem wat nie na die aanvanklike skok aan eksterne veranderlike invloede onderwerp word nie.
'n Voorbeeld van vrye ossillasie is 'n wiskundige pendulum.
Daardie tipe meganiese vibrasies wat in die stelsel voorkom onder die werking van 'n eksterne veranderlike krag.
Kenmerke van klassifikasie
Deur fisiese aard word die volgende tipes ossillatoriese bewegings onderskei:
- meganies;
- termiese;
- elektromagneties;
- gemeng.
Volgens die opsie van interaksie met die omgewing
Tipes fluktuasies in interaksie met die omgewing word in verskeie groepe verdeel.
Geforseerde ossillasies verskyn in die stelsel onder die aksie van 'n eksterne periodieke aksie. As voorbeelde van hierdie soort ossillasie kan ons die beweging van hande, blare op bome beskou.
Vir gedwonge harmoniese ossillasies kan 'n resonansie voorkom, waarin, met gelyke waardes van die frekwensie van die eksterne invloed en die ossillator, met 'n skerp toename in amplitude.
Eie vibrasies in die sisteem onder die invloed van interne kragte nadat dit uit ewewig gehaal is. Die eenvoudigste weergawe van vrye vibrasies is die beweging van 'n las wat aan 'n draad gehang is of aan 'n veer geheg is.
Selfossillasies is tipes waarin die stelsel 'n sekere hoeveelheid potensiële energie het wat gebruik word om ossillasies te maak. Hulle onderskeidende kenmerk is die feit dat die amplitude gekenmerk word deur die eienskappe van die stelsel self, en nie deur die aanvanklike toestande nie.
Vir ewekansige fluktuasies het die eksterne las 'n ewekansige waarde.
Basiese parameters van ossillatoriese bewegings
Alle modusse van vibrasie het sekere kenmerke wat afsonderlik genoem moet word.
Die amplitude is die maksimum afwyking van die ewewigsposisie, die afwyking van 'n fluktuerende waarde, dit word in meter gemeet.
Periode is die tyd van een volle swaai, deurwat stelselkenmerke herhaal, word in sekondes bereken.
Frekwensie word bepaal deur die aantal ossillasies per tydseenheid, dit is omgekeerd eweredig aan die ossillasieperiode.
Die ossillasiefase kenmerk die toestand van die stelsel.
Kenmerk van harmoniese ossillasies
Sulke tipes ossillasies vind plaas volgens die wet van cosinus of sinus. Fourier het daarin geslaag om vas te stel dat enige periodieke ossillasie as 'n som van harmoniese veranderinge voorgestel kan word deur 'n sekere funksie na 'n Fourier-reeks uit te brei.
Beskou as voorbeeld 'n slinger met 'n sekere periode en sikliese frekwensie.
Wat kenmerk hierdie tipe fluktuasies? Fisika beskou die wiskundige slinger as 'n geïdealiseerde sisteem, wat bestaan uit 'n materiële punt, wat op 'n gewiglose onrekbare draad hang, ossilleer onder die invloed van swaartekrag.
Sulke soorte vibrasies het 'n sekere hoeveelheid energie, hulle is algemeen in die natuur en tegnologie.
Met langdurige ossillerende beweging verander die koördinaat van sy massamiddelpunt, en met wisselstroom verander die waarde van stroom en spanning in die stroombaan.
Daar is verskillende tipes harmoniese ossillasies deur fisiese aard: elektromagneties, meganies, ens.
Die skudding van 'n voertuig wat op 'n rowwe pad beweeg, dien as 'n gedwonge ossillasie.
Belangrikste verskille tussen gedwonge en vryfluktuasies
Hierdie tipe elektromagnetiese ossillasies verskil in fisiese eienskappe. Die teenwoordigheid van medium weerstand en wrywingskragte lei tot demping van vrye ossillasies. In die geval van gedwonge ossillasies word energieverliese vergoed deur die bykomende toevoer van 'n eksterne bron.
Die tydperk van 'n veerpendulum hou verband met die massa van die liggaam en die styfheid van die veer. In die geval van 'n wiskundige pendulum hang dit af van die lengte van die draad.
Met 'n bekende tydperk kan jy die natuurlike frekwensie van die ossillatoriese stelsel bereken.
In tegnologie en die natuur is daar fluktuasies met verskillende frekwensiewaardes. Die slinger wat byvoorbeeld in St. Isaac's Cathedral in St. Petersburg ossilleer, het 'n frekwensie van 0,05 Hz, terwyl dit vir atome etlike miljoene megahertz is.
Na 'n sekere tydperk word demping van vrye ossillasies waargeneem. Daarom word gedwonge ossillasies in die werklike praktyk gebruik. Hulle is in aanvraag in 'n verskeidenheid vibrasiemasjiene. Die vibrerende hamer is 'n skok-vibrasie-masjien wat ontwerp is om pype, pale en ander metaalstrukture in die grond in te slaan.
Elektromagnetiese ossillasies
Karakterisering van ossillasiemodusse behels die ontleding van die belangrikste fisiese parameters: lading, spanning, stroomsterkte. As 'n elementêre stelsel, wat gebruik word om elektromagnetiese ossillasies waar te neem, is 'n ossillatoriese stroombaan. Dit word gevorm deur 'n spoel en 'n kapasitor in serie te verbind.
Wanneer die stroombaan gesluit is, vry elektromagnetiesfluktuasies wat verband hou met periodieke veranderinge in die elektriese lading op die kapasitor en die stroom in die spoel.
Hulle is gratis as gevolg van die feit dat wanneer hulle uitgevoer word, daar geen eksterne invloed is nie, maar slegs die energie wat in die stroombaan self gestoor word, word gebruik.
As ons die weerstand van die spoel as nul beskou, en die periode van ossillasie as T neem, kan ons een volledige ossillasie wat deur die stelsel gemaak word, beskou.
In die afwesigheid van eksterne invloed, na 'n sekere tydperk, word die demping van die elektromagnetiese ossillasie waargeneem. Die rede vir hierdie verskynsel sal die geleidelike ontlading van die kapasitor wees, asook die weerstand wat die spoel eintlik het.
Dit is hoekom gedempte ossillasies in 'n regte stroombaan voorkom. Die vermindering van die lading op die kapasitor lei tot 'n afname in die energiewaarde in vergelyking met die oorspronklike waarde daarvan. Geleidelik sal dit as hitte op die verbindingsdrade en spoel vrygestel word, die kapasitor sal heeltemal ontlaai word, en die elektromagnetiese ossillasie sal voltooi word.
Die belangrikheid van fluktuasies in wetenskap en tegnologie
Enige bewegings wat 'n sekere mate van herhaling het, is ossillasies. Byvoorbeeld, 'n wiskundige slinger word gekenmerk deur 'n sistematiese afwyking in beide rigtings vanaf die oorspronklike vertikale posisie.
Vir 'n veerslinger stem een volle swaai ooreen met sy beweging op en af vanaf die aanvanklike posisie.
In 'n elektriese stroombaan wat kapasitansie en induktansie het, is daar 'n herhaling van lading opkapasitorplate. Wat is die oorsaak van ossillatoriese bewegings? Die slinger funksioneer as gevolg van die feit dat swaartekrag dit laat terugkeer na sy oorspronklike posisie. In die geval van 'n veermodel word 'n soortgelyke funksie deur die elastiese krag van die veer verrig. Deur die ewewigsposisie verby te gaan, het die las 'n sekere spoed, daarom, deur traagheid, beweeg dit verby die gemiddelde toestand.
Elektriese ossillasies kan verklaar word deur die potensiaalverskil wat tussen die plate van 'n gelaaide kapasitor bestaan. Selfs wanneer dit heeltemal ontlaai is, verdwyn die stroom nie, dit word herlaai.
Moderne tegnologie gebruik fluktuasies wat aansienlik verskil in hul aard, graad van herhaling, aard, en ook die "meganisme" van voorkoms.
Meganiese vibrasies word gemaak deur stringe musiekinstrumente, seegolwe, 'n slinger. Chemiese fluktuasies wat verband hou met 'n verandering in die konsentrasie van reaktante word in ag geneem wanneer verskeie interaksies uitgevoer word.
Elektromagnetiese ossillasies laat die skepping van verskeie tegniese toestelle toe, soos telefone, ultrasoniese mediese toestelle.
Die helderheidsfluktuasies van Cepheïede is van besondere belang in astrofisika, en wetenskaplikes van verskillende lande bestudeer dit.
Gevolgtrekking
Alle soorte ossillasies is nou verwant aan 'n groot aantal tegniese prosesse en fisiese verskynsels. Hulle praktiese belang is groot in vliegtuigbou, skeepsbou, die bou van residensiële komplekse, elektriese ingenieurswese, radio-elektronika, medisyne en fundamentele wetenskap. 'n Voorbeeld van 'n tipiese ossillatoriese proses infisiologie bevoordeel die beweging van die hartspier. Meganiese vibrasies word gevind in organiese en anorganiese chemie, meteorologie en baie ander natuurwetenskappe.
Die eerste studies van die wiskundige slinger is in die sewentiende eeu uitgevoer, en teen die einde van die negentiende eeu kon wetenskaplikes die aard van elektromagnetiese ossillasies vasstel. Die Russiese wetenskaplike Alexander Popov, wat as die "vader" van radiokommunikasie beskou word, het sy eksperimente uitgevoer juis op grond van die teorie van elektromagnetiese ossillasies, die resultate van navorsing deur Thomson, Huygens en Rayleigh. Hy het daarin geslaag om 'n praktiese toepassing vir elektromagnetiese ossillasies te vind, om dit te gebruik om 'n radiosein oor 'n lang afstand uit te stuur.
Akademikus P. N. Lebedev het vir baie jare eksperimente uitgevoer wat verband hou met die produksie van hoëfrekwensie elektromagnetiese ossillasies met behulp van afwisselende elektriese velde. Danksy talle eksperimente wat verband hou met verskeie tipes vibrasies, het wetenskaplikes daarin geslaag om gebiede te vind vir hul optimale gebruik in moderne wetenskap en tegnologie.
