Jedna od najzanimljivijih tema u fizici su oscilacije. Proučavanje mehanike je usko povezano s njima, sa ponašanjem tijela na koja djeluju određene sile. Dakle, proučavajući oscilacije, možemo promatrati klatna, vidjeti ovisnost amplitude oscilacije o dužini niti na kojoj tijelo visi, o krutosti opruge i težini tereta. Unatoč prividnoj jednostavnosti, ova tema je daleko od toga da se svima daje tako lako kako bismo željeli. Stoga smo odlučili prikupiti najpoznatije informacije o oscilacijama, njihovim vrstama i svojstvima te sastaviti za vas kratak sažetak na ovu temu. Možda će vam biti od koristi.

Definicija koncepta

Prije nego što govorimo o pojmovima kao što su mehaničke, elektromagnetne, slobodne, prisilne vibracije, o njihovoj prirodi, karakteristikama i vrstama, uvjetima nastanka, treba definirati ovaj koncept. Dakle, u fizici je oscilacija stalno ponavljajući proces promjene stanja oko jedne tačke u prostoru. Najjednostavniji primjer je klatno. Svaki put kada oscilira, odstupa od određene vertikalne tačke, prvo u jednom, a zatim u drugom smjeru. Bavi se proučavanjem fenomena teorije oscilacija i talasa.

Uzroci i uslovi nastanka

Kao i svaki drugi fenomen, fluktuacije se javljaju samo ako su ispunjeni određeni uslovi. Mehaničke prisilne vibracije, kao i slobodne vibracije, nastaju kada su ispunjeni sljedeći uslovi:

1. Prisustvo sile koja dovodi tijelo iz stanja stabilne ravnoteže. Na primjer, pritisak matematičkog klatna, kojim počinje kretanje.

2. Prisustvo minimalne sile trenja u sistemu. Kao što znate, trenje usporava određene fizičke procese. Što je sila trenja veća, manja je vjerovatnoća da će se oscilacije pojaviti.

3. Jedna od sila mora zavisiti od koordinata. To jest, tijelo mijenja svoj položaj u određenom koordinatnom sistemu u odnosu na određenu tačku.

Vrste vibracija

Nakon što smo se pozabavili time šta je oscilacija, analiziraćemo njihovu klasifikaciju. Postoje dvije najpoznatije klasifikacije - po fizičkoj prirodi i po prirodi interakcije sa okolinom. Dakle, prema prvom znaku razlikuju se mehaničke i elektromagnetne, a prema drugom - slobodne i prisilne vibracije. Postoje i samooscilacije, prigušene oscilacije. Ali mi ćemo govoriti samo o prve četiri vrste. Pogledajmo pobliže svaki od njih, saznamo njihove karakteristike, a također damo vrlo kratak opis njihovih glavnih karakteristika.

Mehanički

Sa mehaničkim počinje proučavanje oscilacija u školskom kursu fizike. Učenici počinju svoje upoznavanje s njima u grani fizike kao što je mehanika. Imajte na umu da se ovi fizički procesi dešavaju u okolini, a možemo ih posmatrati golim okom. Uz takve vibracije, tijelo više puta izvodi isti pokret, prolazeći kroz određenu poziciju u prostoru. Primjeri takvih oscilacija su ista klatna, vibracija viljuške ili žice gitare, kretanje lišća i grana na drvetu, zamah.

elektromagnetna

Nakon što je takav koncept kao što su mehaničke oscilacije čvrsto savladan, počinje proučavanje elektromagnetskih oscilacija, koje su složenije po strukturi, jer se ova vrsta javlja u različitim električnim krugovima. U ovom procesu, oscilacije se uočavaju u električnim i magnetskim poljima. Unatoč činjenici da elektromagnetske oscilacije imaju nešto drugačiju prirodu pojave, zakoni za njih su isti kao i za mehaničke. Kod elektromagnetnih oscilacija ne može se promijeniti samo jačina elektromagnetnog polja, već i karakteristike poput jačine naboja i struje. Također je važno napomenuti da postoje slobodne i prisilne elektromagnetne oscilacije.

Besplatne vibracije

Ova vrsta oscilovanja nastaje pod uticajem unutrašnjih sila kada se sistem izvede iz stanja stabilne ravnoteže ili mirovanja. Slobodne oscilacije su uvijek prigušene, što znači da se njihova amplituda i frekvencija smanjuju s vremenom. Upečatljiv primjer ove vrste ljuljanja je kretanje tereta okačenog na niti i koji oscilira s jedne strane na drugu; teret pričvršćen za oprugu, pa pada pod dejstvom gravitacije, a zatim se podiže pod dejstvom opruge. Inače, upravo se na takve oscilacije obraća pažnja u proučavanju fizike. Da, i većina zadataka je posvećena samo slobodnim vibracijama, a ne prisilnim.

Prisilno

Unatoč činjenici da se ovakav proces ne proučava tako detaljno od strane školaraca, u prirodi se najčešće susreću prisilne oscilacije. Prilično upečatljiv primjer ovog fizičkog fenomena može biti kretanje grana po drveću po vjetrovitom vremenu. Takve fluktuacije uvijek nastaju pod utjecajem vanjskih faktora i sila, a nastaju u svakom trenutku.

Oscilacijske karakteristike

Kao i svaki drugi proces, oscilacije imaju svoje karakteristike. Postoji šest glavnih parametara oscilatornog procesa: amplituda, period, frekvencija, faza, pomak i ciklična frekvencija. Naravno, svaki od njih ima svoje oznake, kao i mjerne jedinice. Analizirajmo ih malo detaljnije, zadržavajući se na kratkom opisu. Istovremeno, nećemo opisivati ​​formule koje se koriste za izračunavanje određene vrijednosti, kako ne bismo zbunili čitaoca.

Bias

Prvi je pomak. Ova karakteristika pokazuje odstupanje tijela od ravnotežne tačke u datom trenutku. Mjeri se u metrima (m), uobičajena oznaka je x.

Amplituda oscilacije

Ova vrijednost označava najveći pomak tijela od ravnotežne tačke. U prisustvu neprigušenih oscilacija je konstantna vrijednost. Mjeri se u metrima, općeprihvaćena oznaka je x m.

Period oscilacije

Druga vrijednost koja označava vrijeme za koje se odvija jedna potpuna oscilacija. Općenito prihvaćena oznaka je T, mjereno u sekundama (s).

Frekvencija

Posljednja karakteristika o kojoj ćemo govoriti je frekvencija oscilovanja. Ova vrijednost označava broj oscilacija u određenom vremenskom periodu. Mjeri se u hercima (Hz) i označava se kao ν.

Vrste klatna

Dakle, analizirali smo prinudne oscilacije, govorili o slobodnim, što znači da treba spomenuti i vrste klatna koji se koriste za stvaranje i proučavanje slobodnih oscilacija (u školskim uslovima). Postoje dvije vrste - matematički i harmonijski (opružni). Prvo je tijelo obješeno na nerastavljivu nit, čija je veličina jednaka l (glavna značajna vrijednost). Drugi je uteg pričvršćen za oprugu. Ovdje je važno znati masu tereta (m) i krutost opruge (k).

zaključci

Dakle, otkrili smo da postoje mehaničke i elektromagnetne vibracije, dali smo ih ukratko, opisali uzroke i uslove za nastanak ovih vrsta vibracija. Rekli smo nekoliko riječi o glavnim karakteristikama ovih fizičkih pojava. Također smo otkrili da postoje prisilne i slobodne vibracije. Odredite po čemu se razlikuju jedni od drugih. Osim toga, rekli smo nekoliko riječi o klatnama koje se koriste u proučavanju mehaničkih oscilacija. Nadamo se da su vam ove informacije bile korisne.

U fizici postoje različite vrste oscilacija koje karakterišu određeni parametri. Razmotrite njihove glavne razlike, klasifikaciju prema različitim faktorima.

Osnovne definicije

Pod oscilacijom se podrazumijeva proces u kojem, u pravilnim intervalima, glavne karakteristike kretanja imaju iste vrijednosti.

Takve oscilacije se nazivaju periodičnim, u kojima se vrijednosti osnovnih veličina ponavljaju u pravilnim intervalima (period oscilacija).

Vrste oscilatornih procesa

Razmotrimo glavne vrste oscilacija koje postoje u fundamentalnoj fizici.

Slobodne vibracije su one koje se javljaju u sistemu koji nije podvrgnut vanjskim varijabilnim utjecajima nakon početnog udara.

Primjer slobodnih oscilacija je matematičko klatno.

One vrste mehaničkih vibracija koje se javljaju u sistemu pod dejstvom spoljne promenljive sile.

Karakteristike klasifikacije

Prema fizičkoj prirodi razlikuju se sljedeće vrste oscilatornih kretanja:

• mehanički;
• termalni;
• elektromagnetski;
• mješovito.

Prema opciji interakcije sa okolinom

Vrste oscilacija u interakciji sa okolinom podijeljene su u nekoliko grupa.

Prisilne oscilacije se javljaju u sistemu pod dejstvom spoljašnjeg periodičnog dejstva. Kao primjere ove vrste oscilacija možemo uzeti u obzir kretanje ruku, lišće na drveću.

Za prisilne harmonijske oscilacije može se pojaviti rezonancija, u kojoj, s jednakim vrijednostima frekvencije vanjskog djelovanja i oscilatora, s naglim povećanjem amplitude.

Prirodne vibracije u sistemu pod uticajem unutrašnjih sila nakon njegovog izvođenja iz ravnoteže. Najjednostavnija varijanta slobodnih vibracija je kretanje tereta koji je okačen na navoj ili pričvršćen na oprugu.

Samooscilacije se nazivaju tipovi u kojima sistem ima određenu količinu potencijalne energije koja se koristi za stvaranje oscilacija. Njihova posebnost je činjenica da se amplituda karakteriše svojstvima samog sistema, a ne početnim uslovima.

Za slučajne oscilacije, vanjsko opterećenje ima slučajnu vrijednost.

Osnovni parametri oscilatornih kretanja

Sve vrste oscilacija imaju određene karakteristike, koje treba posebno spomenuti.

Amplituda je maksimalno odstupanje od ravnotežnog položaja, odstupanje fluktuirajuće vrijednosti, mjeri se u metrima.

Period je vrijeme jedne potpune oscilacije, nakon čega se ponavljaju karakteristike sistema, izračunato u sekundama.

Frekvencija je određena brojem oscilacija u jedinici vremena, obrnuto je proporcionalna periodu oscilovanja.

Faza oscilovanja karakteriše stanje sistema.

Karakteristika harmonijskih vibracija

Takve vrste oscilacija se javljaju prema zakonu kosinusa ili sinusa. Fourier je uspio ustanoviti da se svaka periodična oscilacija može predstaviti kao zbir harmonijskih promjena proširenjem određene funkcije u

Kao primjer, razmotrite klatno koje ima određeni period i cikličnu frekvenciju.

Šta karakteriše ove vrste oscilacija? Fizika smatra idealizovani sistem, koji se sastoji od materijalne tačke, koja je okačena na bestežinsku nerastegljivu nit, oscilira pod uticajem gravitacije.

Takve vrste vibracija imaju određenu količinu energije, uobičajene su u prirodi i tehnologiji.

Kod produženog oscilatornog kretanja mijenjaju se koordinate njegovog centra mase, a kod naizmjenične struje mijenjaju se vrijednost struje i napona u kolu.

Postoje različite vrste harmonijskih oscilacija prema njihovoj fizičkoj prirodi: elektromagnetne, mehaničke itd.

Tresenje vozila koje se kreće po neravnom putu djeluje kao prinudna oscilacija.

Glavne razlike između prisilnih i slobodnih vibracija

Ove vrste elektromagnetnih oscilacija razlikuju se po fizičkim karakteristikama. Prisustvo srednjeg otpora i sila trenja dovode do prigušenja slobodnih oscilacija. U slučaju prisilnih oscilacija, gubici energije se nadoknađuju njenim dodatnim dovodom iz vanjskog izvora.

Period opružnog klatna povezuje masu tijela i krutost opruge. U slučaju matematičkog klatna, to zavisi od dužine niti.

Sa poznatim periodom moguće je izračunati prirodnu frekvenciju oscilatornog sistema.

U tehnologiji i prirodi postoje vibracije s različitim frekvencijskim vrijednostima. Na primjer, klatno koje oscilira u Isaakovskoj katedrali u Sankt Peterburgu ima frekvenciju od 0,05 Hz, dok je za atome nekoliko miliona megaherca.

Nakon određenog vremenskog perioda primećuje se prigušenje slobodnih oscilacija. Zbog toga se u realnoj praksi koriste prisilne oscilacije. Oni su traženi u raznim vibracionim mašinama. Vibracioni čekić je udarno-vibracioni stroj, koji je namijenjen za zabijanje cijevi, šipova i drugih metalnih konstrukcija u zemlju.

Elektromagnetne vibracije

Karakteristike vibracionih režima uključuju analizu glavnih fizičkih parametara: naboj, napon, jačinu struje. Kao elementarni sistem, koji se koristi za posmatranje elektromagnetnih oscilacija, je oscilatorno kolo. Nastaje serijskim povezivanjem zavojnice i kondenzatora.

Kada je krug zatvoren, u njemu nastaju slobodne elektromagnetske oscilacije povezane s periodičnim promjenama električnog naboja na kondenzatoru i struje u zavojnici.

One su besplatne zbog činjenice da prilikom njihovog izvođenja nema vanjskih utjecaja, već se koristi samo energija koja je uskladištena u samom kolu.

U nedostatku vanjskog utjecaja, nakon određenog vremenskog perioda, uočava se slabljenje elektromagnetne oscilacije. Razlog za ovu pojavu će biti postepeno pražnjenje kondenzatora, kao i otpor koji zavojnica zapravo ima.

Zbog toga se u realnom kolu javljaju prigušene oscilacije. Smanjenje naboja na kondenzatoru dovodi do smanjenja energetske vrijednosti u odnosu na njegovu prvobitnu vrijednost. Postupno će se oslobađati u obliku topline na spojnim žicama i zavojnici, kondenzator će se potpuno isprazniti, a elektromagnetska oscilacija će biti završena.

Značaj fluktuacija u nauci i tehnologiji

Svi pokreti koji imaju određeni stepen ponavljanja su oscilacije. Na primjer, matematičko klatno karakterizira sistematsko odstupanje u oba smjera od prvobitne vertikalne pozicije.

Za opružno klatno, jedna potpuna oscilacija odgovara njegovom kretanju gore i dolje od početnog položaja.

U električnom kolu koje ima kapacitivnost i induktivnost dolazi do ponavljanja naelektrisanja na pločama kondenzatora. Šta je uzrok oscilatornih kretanja? Klatno funkcionira zbog činjenice da ga gravitacija uzrokuje da se vrati u prvobitni položaj. U slučaju modela opruge, sličnu funkciju obavlja elastična sila opruge. Prolazeći ravnotežni položaj, teret ima određenu brzinu, pa se po inerciji kreće preko prosječnog stanja.

Električne oscilacije se mogu objasniti razlikom potencijala koja postoji između ploča napunjenog kondenzatora. Čak i kada se potpuno isprazni, struja ne nestaje, već se puni.

U savremenoj tehnologiji koriste se oscilacije koje se bitno razlikuju po svojoj prirodi, stepenu ponavljanja, karakteru, ali i "mehanizmu" nastanka.

Mehaničke vibracije stvaraju žice muzičkih instrumenata, morski talasi i klatno. Kemijske fluktuacije povezane s promjenom koncentracije reaktanata uzimaju se u obzir prilikom provođenja različitih interakcija.

Elektromagnetne oscilacije omogućavaju stvaranje različitih tehničkih uređaja, na primjer, telefona, ultrazvučnih medicinskih uređaja.

Fluktuacije sjaja cefeida su od posebnog interesa u astrofizici, a naučnici iz različitih zemalja ih proučavaju.

Zaključak

Sve vrste oscilacija usko su povezane sa ogromnim brojem tehničkih procesa i fizičkih pojava. Njihov praktični značaj je veliki u aviogradnji, brodogradnji, izgradnji stambenih kompleksa, elektrotehnici, radio elektronici, medicini i fundamentalnoj nauci. Primjer tipičnog oscilatornog procesa u fiziologiji je kretanje srčanog mišića. Mehaničke vibracije se nalaze u organskoj i neorganskoj hemiji, meteorologiji, ali iu mnogim drugim prirodnim naukama.

Prva istraživanja matematičkog klatna obavljena su u sedamnaestom veku, a do kraja devetnaestog veka naučnici su uspeli da utvrde prirodu elektromagnetnih oscilacija. Ruski naučnik Aleksandar Popov, koji se smatra "ocem" radio komunikacija, izvodio je svoje eksperimente upravo na osnovu teorije elektromagnetnih oscilacija, rezultata istraživanja Thomsona, Huygensa i Rayleigha. Uspio je pronaći praktičnu primjenu za elektromagnetne oscilacije, da ih koristi za prijenos radio signala na velike udaljenosti.

Akademik P. N. Lebedev je dugi niz godina provodio eksperimente vezane za proizvodnju visokofrekventnih elektromagnetnih oscilacija koristeći naizmjenična električna polja. Zahvaljujući brojnim eksperimentima vezanim za različite vrste oscilacija, naučnici su uspjeli pronaći područja za njihovu optimalnu upotrebu u savremenoj nauci i tehnologiji.

Periodične fluktuacije

"... periodične fluktuacije - fluktuacije u kojima se svaka vrijednost fluktuirajuće količine ponavlja u pravilnim intervalima ..."

Izvor:

"GOST 24346-80 (ST SEV 1926-79). Državna zajednica SSR. Termini i definicije"

(odobren i stavljen na snagu Uredbom Državnog standarda SSSR-a od 31.07.1980 N 3942)

Zvanična terminologija. Akademik.ru. 2012 .

Pogledajte šta su "periodične oscilacije" u drugim rječnicima:

periodične oscilacije (vibracije)- Oscilacije (vibracije), u kojima se svaka vrijednost oscilirajuće veličine (koja karakterizira vibracije) ponavlja u pravilnim intervalima. Objašnjenja Kombinuju se termini i definicije za srodne pojmove koji se razlikuju samo u pojedinačnim rečima, ... ...

VASKULACIJA- pokreti ili procesi koji imaju određeni stepen ponavljanja u vremenu. Zračenje je karakteristično za sve prirodne pojave: zračenje zvijezda pulsira, unutar kojih se odvijaju ciklične reakcije. otrov. reakcije; planete rotiraju sa visokim stepenom periodičnosti ... ... Physical Encyclopedia

NEKOLIKO VIBRACIJA- periodične i dugoperiodične fluktuacije: ur. m., zemljište (kao rezultat epeirogenih kretanja), klima, ur. jezera, krajevi glečera. Izraz je zastario, jer periodične fluktuacije u intenzitetu manifestacije određenih procesa mogu biti ... ... Geološka enciklopedija

periodične fluktuacije- Mehaničke vibracije, u kojima se stanje mehaničkog sistema ponavlja u pravilnim intervalima. [Zbirka preporučenih termina. Broj 106. Mehaničke vibracije. Akademija nauka SSSR. Komitet za naučnu i tehničku terminologiju. 1987... Priručnik tehničkog prevodioca

KLIMATSKE VARIJACIJE- instalirani su kao periodični sa dekomp. vibracionim ritmovima. U osnovi, oni su sinhroni, jer se mogu pratiti na velikim prostorima, samo mjestimično odstupajući, ovisno o općim (geografskim i sl.) i lokalnim (osobine geol... Geološka enciklopedija

PERIODIČNE VARIJACIJE RAZINE MORA- 1. Fluktuacije ur. m. u obliku oseka i oseka. 2. Sezonski opada i povećava lvl. m., kao i godišnje, višegodišnje i svjetovne, zbog klimatskih razloga. Amplituda sezonskih kolebanja ne prelazi 28 cm. U unutrašnjim morima, to ... ... Geološka enciklopedija

Periodične oscilacije (vibracije)- - fluktuacije (vibracije), u kojima se svaka vrijednost oscilirajuće veličine (koje karakterizira vibracija) ponavlja u pravilnim intervalima. [GOST 24346 80] Naslov pojma: Vrste vibracija Naslovi Enciklopedije: Abrazivna oprema, ... ... Enciklopedija pojmova, definicija i objašnjenja građevinskih materijala

Periodične fluktuacije nivoa- promjene vodostaja u zavisnosti od plime i oseke, padavina, promjena atmosferskog tlaka i smjera vjetrova na tom području. Učestalost promjena je, po pravilu, poludnevna, sezonska, godišnja... ... Morski rječnik.

fluktuacije- Kretanja ili procesi koji imaju različit stepen ponovljivosti u vremenu [Terminološki rečnik za izgradnju na 12 jezika (VNIIIS Gosstroy of SSSR)] fluktuacije Element vremenske serije koji odražava periodične događaje koji se dešavaju u privredi ... Priručnik tehničkog prevodioca

fluktuacije- element vremenske serije, koji odražava periodične promjene koje se dešavaju u privredi, na primjer, uspone i padove u proizvodnji i potrošnji određenih dobara. U ekonomskim i matematičkim modelima za približno ... ... Ekonomsko-matematički rječnik

Knjige

• Nelinearne oscilacije i talasi, P. S. Landa. Ova knjiga predstavlja trenutno stanje teorije nelinearnih oscilacija i talasa. Sa jedinstvene tačke gledišta, razmatraju se oscilatorni i talasni procesi, periodični i ...

Opća karakteristika oscilovanja

Ritmički procesi bilo koje prirode, karakterizirani ponavljanjem u vremenu, nazivaju se oscilacije.

Oscilacija je proces karakteriziran ponovljivošću u vremenu parametara koji ga opisuju. Jedinstvo pravilnosti ritmičkih procesa omogućilo je razvoj jedinstvenog matematičkog aparata za njihov opis - teorije oscilacija. Postoje mnoge karakteristike prema kojima se fluktuacije mogu klasificirati.

Fizičkim putem priroda oscilirajući sistem razlikuju mehaničke i elektromagnetne oscilacije.

Fluktuacije se nazivaju periodično, ako se vrednost koja karakteriše stanje sistema ponavlja u pravilnim intervalima - period oscilovanja.

Period (T) - minimalno vrijeme nakon kojeg se stanje oscilatornog sistema ponavlja, tj. vrijeme jedne potpune oscilacije.

Za takve fluktuacije

x(t)=x(t+T);(3. 1)

Periodične su oscilacije klatna sata, naizmjenične struje, otkucaji srca, te oscilacije drveća pod naletom vjetra, kursevi stranih valuta nisu periodični.

Pored perioda, u slučaju periodičnih oscilacija, određuje se i njihova frekvencija.

Frekvencija()oni. broj oscilacija u jedinici vremena.

Frekvencija je recipročna od perioda oscilovanja,

Jedinica frekvencije je Hertz: 1 Hz \u003d 1 s -1, frekvencija koja odgovara jednoj oscilaciji u sekundi. Prilikom opisivanja periodičnih oscilacija koristi se i ciklička frekvencija– broj oscilacija za 2 π sekundi:

Kod periodičnih oscilacija ovi parametri su konstantni, dok se kod drugih oscilacija mogu mijenjati.

Zakon oscilacija - zavisnost fluktuirajuće veličine o vremenu x(t)- može biti drugačije. Najjednostavniji su harmonic fluktuacije (slika 3.1), za koje se fluktuirajuća vrijednost mijenja prema zakonu sinusa ili kosinusa, što omogućava korištenje jedne funkcije za opisivanje procesa u vremenu:

ovdje: x(t) - vrijednost fluktuirajuće vrijednosti u datom trenutku t, ALI – amplituda- najveće odstupanje oscilirajuće vrijednosti od prosječne vrijednosti., ω - ciklična frekvencija, ( ωt+φ) – faza oscilovanja, φ - početna faza.

Mnogi dobro poznati oscilatorni procesi poštuju zakon harmonike. uključujući gore navedeno, ali najvažnije, uz pomoć Fourierova metoda bilo koja periodična funkcija koja se razlaže na harmonijske komponente ( harmonike) sa više frekvencija:

f(t)= ALI + ALI 1 cos( t + )+ ALI cos(2t+ )+…; (3.5)

Ovdje je glavna frekvencija određena periodom procesa: .

Svaki harmonik karakterizira frekvencija () i amplituda ( ALI). Skup harmonika se zove spektra. Spektri periodičnih oscilacija su diskretni (linearni) (slika 3.1a), a ne periodični kontinuirani (slika 3.1b).

Rice. 3.1 Diskretni (a) i kontinuirani (b) spektri kompleksnih vibracija

Vrste vibracija

Oscilatorni sistem ima određenu energiju, zbog koje se stvaraju vibracije. Energija zavisi od amplitude i frekvencije oscilacija.

Oscilacije se dijele na sljedeće vrste: slobodne ili prirodne, prigušene, prisilne, samooscilacije.

Besplatno oscilacije se javljaju u sistemu koji je jednom izbačen iz ravnoteže i kasnije prepušten samom sebi. U ovom slučaju dolazi do oscilacija sa vlastiti frekvencija (), koja ne zavisi od njihove amplitude, tj. određena svojstvima samog sistema.

U realnim uslovima, fluktuacije su uvek fading, tj. energija se vremenom smanjuje zbog svoje rasipanje i kao rezultat toga, amplituda oscilacija se smanjuje. Disipacija je nepovratan prijelaz dijela energije uređenih procesa („energija reda“) u energiju neuređenih procesa („energija haosa“). Disipacija se javlja u bilo kojem oscilirajućem otvorenom sistemu.

Za stvaranje neprigušenih oscilacija u realnim sistemima potrebno je periodično vanjsko djelovanje - periodično nadopunjavanje energije izgubljene zbog disipacije. Harmonične oscilacije koje nastaju zbog vanjskih periodičnih utjecaja („pokretačka sila“) nazivaju se prisilnim. Njihova frekvencija se poklapa sa frekvencijom pokretačke sile (), a amplituda zavisi od omjera između frekvencije sile i prirodne frekvencije sistema. Najvažniji efekat koji se javlja prilikom prisilnih oscilacija je rezonancija– naglo povećanje amplitude kada se frekvencija prisilnih oscilacija približi prirodnoj frekvenciji oscilatornog sistema. Rezonantna frekvencija je bliža svojoj, a maksimalna amplituda je veća, što je manja disipacija.

Samooscilacije su neprigušene oscilacije koje nastaju zbog izvora energije, čiji tip i rad određuje sam oscilatorni sistem. Kod samooscilacija, glavne karakteristike - amplituda, frekvencija - određuje sam sistem. Ovo razlikuje ove oscilacije kako od prinudnih, kod kojih ovi parametri ovise o vanjskim utjecajima, tako i od prirodnih, kod kojih vanjski utjecaj određuje amplitudu oscilacija. Najjednostavniji samooscilirajući sistem uključuje:

oscilatorni sistem (sa prigušenjem),

pojačivač oscilacija (izvor energije),

nelinearni limiter (ventil),

link za povratne informacije

Kod samooscilacija, za njihovo uspostavljanje, važna je nelinearnost, koja kontrolira ulaz i izlaz izvorne energije, te omogućava postavljanje oscilacija određene amplitude. Primeri samooscilujućih sistema su: mehanički - sat sa klatnom, termodinamički - toplotni motor, elektromagnetni - cevni generator, optički - laserski (optički kvantni generator). Šema lasera je prikazana na slici 4.5. Ovdje je oscilatorni sistem optički aktivan medij koji ispunjava optički rezonator, postoji vanjski izvor energije koji obezbjeđuje proces "pumpanja", ventil i povratna sprega - prozirno ogledalo na izlazu optičkog rezonatora, određuje se nelinearnost uslovima stimulisane emisije.

U svim samooscilatornim sistemima, povratna sprega reguliše uključivanje eksternog izvora i snabdevanje energijom oscilatornog sistema: sve dok je unos energije (doprinos) veći od gubitka, dolazi do samopobude (nagomilavanja), oscilacije u povećanje sistema; kada je gubitak energije jednak dobitku energije, ventil se zatvara. Sistem oscilira u stacionarnom režimu sa konstantnom amplitudom; kako se gubitak povećava, amplituda se smanjuje i ventil se ponovo otvara, doprinos se povećava, amplituda se obnavlja i ventil se zatvara.

Mehaničke vibracije. Oscilacijski parametri. Harmonične vibracije.

oklevanje Proces se naziva tačno ili približno ponavljajući se u određenim intervalima.

Karakteristika oscilacija je obavezno prisustvo stabilnog ravnotežnog položaja na putanji, u kojoj je zbir svih sila koje djeluju na tijelo jednak nuli, naziva se ravnotežni položaj.

Matematičko klatno je materijalna tačka okačena na tanku, bestežinsku i nerastezljivu nit.

Parametri oscilatornog kretanja.

1. Offset ili koordinata (x) - odstupanje od ravnotežnog položaja u datom

trenutak vremena.	[x ]=m

2. Amplituda ( xm) je maksimalno odstupanje od ravnotežnog položaja.

[ X m ]=m

3. period oscilacije ( T) je vrijeme potrebno za jednu potpunu oscilaciju.

[T ]=c.

0 "style="margin-left:31.0pt;border-collapse:collapse">

Matematičko klatno

Opružno klatno

m

https://pandia.ru/text/79/117/images/image006_26.gif" width="134" height="57 src="> Frekvencija (linearna) ( n ) – broj kompletnih oscilacija u 1 s.

[n]= Hz

5. Ciklična frekvencija ( w ) – broj kompletnih oscilacija u 2p sekunde, tj. približno 6,28 s.

w = 2pn ; [w]=0" style="margin-left:116.0pt;border-collapse:collapse">

https://pandia.ru/text/79/117/images/image012_9.jpg" width="90" height="103">

Senka na ekranu varira.

Jednadžba i graf harmonijskih oscilacija.

Harmonične vibracije - to su oscilacije kod kojih se koordinata mijenja tokom vremena prema zakonu sinusa ili kosinusa.

https://pandia.ru/text/79/117/images/image014_7.jpg" width="254" height="430 src="> x=Xmgrijeh(w t+ j 0 )

x=Xmcos(w t+ j 0 )

x - koordinata,

Xm je amplituda oscilacije,

w je ciklička frekvencija,

wt+j 0 = j je faza oscilovanja,

j 0 je početna faza oscilacija.

https://pandia.ru/text/79/117/images/image016_4.jpg" width="247" height="335 src=">

Grafikoni su različiti samo amplituda

Grafikoni se razlikuju samo po periodu (učestalosti)

https://pandia.ru/text/79/117/images/image018_3.jpg" width="204" height="90 src=">

Ako se amplituda oscilacija ne mijenja tokom vremena, oscilacije se nazivaju neprigušeni.

Prirodne vibracije ne uzimaju u obzir trenje, ukupna mehanička energija sistema ostaje konstantna: E do + E n = E krzno = konst.

Prirodne oscilacije nisu prigušene.

Kod prisilnih oscilacija, energija koja se kontinuirano ili periodično dovodi iz vanjskog izvora nadoknađuje gubitke koji nastaju zbog rada sile trenja, a oscilacije mogu biti neprigušene.

Kinetička i potencijalna energija tijela tokom vibracija prelaze jedna u drugu. Kada je odstupanje sistema od ravnotežnog položaja maksimalno, potencijalna energija je maksimalna, a kinetička energija nula. Prilikom prolaska kroz ravnotežni položaj, obrnuto.

Frekvencija slobodnih oscilacija određena je parametrima oscilatornog sistema.

Frekvencija prisilnih oscilacija određena je frekvencijom vanjske sile. Amplituda prisilnih oscilacija također ovisi o vanjskoj sili.

Resonan c

Rezonancija naziva se naglo povećanje amplitude prisilnih oscilacija kada se frekvencija djelovanja vanjske sile poklapa s frekvencijom prirodnih oscilacija sistema.

Kada se frekvencija w promjene sile poklopi sa prirodnom frekvencijom w0 oscilacija sistema, sila vrši pozitivan rad tokom cijelog perioda, povećavajući amplitudu oscilacija tijela. Na bilo kojoj drugoj frekvenciji, tokom jednog dela perioda, sila radi pozitivan rad, au drugom delu perioda negativan rad.

U rezonanciji, povećanje amplitude oscilacije može dovesti do uništenja sistema.

1905. godine, pod kopitima eskadrile gardijske konjice, srušio se egipatski most preko rijeke Fontanke u Sankt Peterburgu.

Samooscilacije.

Samooscilacije se nazivaju neprigušene oscilacije u sistemu, podržane unutrašnjim izvorima energije u odsustvu promjene vanjske sile.

Za razliku od prisilnih oscilacija, frekvencija i amplituda autooscilacija određuju se osobinama samog oscilatornog sistema.

Autooscilacije se razlikuju od slobodnih oscilacija po nezavisnosti amplitude od vremena i od početnog kratkotrajnog udara koji pobuđuje proces oscilovanja. Samooscilirajući sistem se obično može podijeliti na tri elementa:

1) oscilatorni sistem;

2) izvor energije;

3) povratni uređaj koji reguliše protok energije iz izvora u oscilatorni sistem.

Energija koja dolazi iz izvora tokom određenog perioda jednaka je energiji izgubljenoj u oscilatornom sistemu tokom istog vremena.