Механические колебания

1.

Механические колебания
Основы физики колебательных процессов

2.

Что такое механические колебания?
Механические колебания — это движения,
которые точно или приблизительно повторяются
через равные промежутки времени.
• Примеры в природе: биение сердца, колебания
листьев на ветру, голосовые связки.
• Примеры в технике: поршень двигателя, маятник
часов, кузов автомобиля на пружинах.
Главное свойство — периодичность (повторяемость
во времени).

3.

Условия возникновения колебаний
Чтобы в системе возникли и продолжались
колебания, необходимы три основных фактора:
1. Наличие положения устойчивого равновесия.
2. Наличие возвращающей силы, которая стремится
вернуть тело в это положение равновесия при
смещении.
3. Избыточная энергия, переданная системе
изначально.
4. Достаточно малое трение (иначе колебания быстро
затухнут).

4.

Основные характеристики колебаний
• Амплитуда (A) — максимальное смещение тела от
положения равновесия. Измеряется в метрах (м).
• Период (T) — время одного полного колебания.
Измеряется в секундах (с). Формула: T = t / N.
• Частота (ν) — число колебаний в одну секунду.
Измеряется в Герцах (Гц). Формула: ν = 1 / T.
Графически гармонические колебания отображаются
в виде синусоиды или косинусоиды.

5.

Свободные и вынужденные колебания
Свободные колебания:
Происходят только под действием внутренних сил
системы после начального толчка. Всегда являются
затухающими из-за силы трения.
Вынужденные колебания:
Происходят под непрерывным действием внешней
периодической силы. Являются незатухающими, пока
действует внешняя сила.

6.

Математический маятник
Математический маятник — это идеализированная система, состоящая из невесомой нерастяжимой
нити длиной L и подвешенного на ней материального тела массой m.
Формула периода (Гюйгенса):
T = 2π * √(L / g)
Период зависит только от длины нити L и ускорения свободного падения g. Он НЕ зависит от массы
груза.

7.

Пружинный маятник
Пружинный маятник — это механическая система,
состоящая из пружины жесткостью k и прикрепленного
к ней тела массой m.
Формула периода колебаний:
T = 2π * √(m / k)
Период зависит от массы груза m и жесткости пружины
k. Причиной колебаний выступает сила упругости.

8.

Явление резонанса
Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды
вынужденных колебаний при совпадении частоты
внешней силы с собственной частотой системы.
• Опасность резонанса: разрушение мостов, зданий,
деталей машин при совпадении частот вибрации.
• Польза резонанса: настройка радио и ТВ на нужную
волну, усиление звука в музыкальных инструментах.