Колебания и периодическое движение в физике

Колебание относится к повторяющемуся возвратно-поступательному движению чего-либо между двумя положениями или состояниями. Колебание может быть периодическим движением, которое повторяется в регулярном цикле, например синусоидальной волной – волной с постоянным движением, как при качании маятника из стороны в сторону, или движением пружины вверх и вниз. с гирькой. Колебательное движение происходит около точки равновесия или среднего значения. Это также известно как периодическое движение.

Одиночное колебание – это полное движение вверх и вниз или из стороны в сторону за определенный период времени.

Осцилляторы

Осциллятор – это устройство, которое демонстрирует движение вокруг точки равновесия. В маятниковых часах происходит переход от потенциальной энергии к кинетической с каждым движением. В верхней части качелей потенциальная энергия максимальна, и эта энергия преобразуется в кинетическую энергию при падении и возвращается вверх с другой стороны. Теперь снова вверху, кинетическая энергия упала до нуля, а потенциальная энергия снова высока, что приводит к обратному колебанию. Частота качелей передается через шестерни, чтобы отсчитывать время. Маятник со временем теряет энергию из-за трения, если часы не корректируются пружиной. Современные часы используют колебания кварца и электронных генераторов, а не движение маятников.

Осциллирующее движение

Колебательное движение в механической системе раскачивается из стороны в сторону. Его можно перевести во вращательное движение (поворот по кругу) с помощью паза и шпильки. Таким же способом вращательное движение можно изменить на колебательное.

Колебательные системы

Колебательная система – это объект, который движется назад и вперед, неоднократно возвращаясь в исходное состояние через некоторое время. В точке равновесия на объект не действуют никакие результирующие силы. Это точка качания маятника, когда он находится в вертикальном положении. Постоянная сила или восстанавливающая сила действует на объект, вызывая колебательное движение.

Переменные колебания

  • Амплитуда – максимальное смещение от точки равновесия. Если маятник отклоняется на один сантиметр от точки равновесия перед тем, как начать свой обратный путь, амплитуда колебаний составляет один сантиметр.
  • Период – это время, которое требуется для совершить полный обход объекта, вернувшись в исходное положение. Если маятник запускается справа, и ему требуется одна секунда, чтобы переместиться влево, а другая секунда – чтобы вернуться вправо, его период составляет две секунды. Период обычно измеряется в секундах.
  • Частота – это количество циклов в единицу времени. Частота равна единице, деленной на период. Частота измеряется в герцах или циклах в секунду..

Простое гармоническое движение

Движение простой гармонической колебательной системы – когда возвращающая сила прямо пропорциональна смещения и действует в направлении, противоположном направлению смещения – может быть описано с помощью функций синуса и косинуса. Примером может служить груз, прикрепленный к пружине. Когда вес находится в состоянии покоя, он находится в равновесии. Если вес опускается, на массу действует восстанавливающая сила (потенциальная энергия). Когда он выпущен, он получает импульс (кинетическую энергию) и продолжает двигаться за точку равновесия, приобретая потенциальную энергию (восстанавливающую силу), которая заставляет его снова колебаться вниз.

Источники и дополнительная информация

  • Фитцпатрик, Ричард. «Колебания и волны: введение», 2-е изд. Бока Ратон: CRC Press, 2019.
  • Миттал, П.К. «Колебания, волны и акустика». Нью-Дели, Индия: И.К. Международный издательский дом, 2010.
Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий