Jaká je přirozená oscilace? Význam

Vlastní kolísání jsou procesy, které se vyznačují určitou opakovatelností. Například zahrnují pohyb kyvadlového času, kytarové struny, ladičky nohou, činnost srdce.

Mechanické oscilace

Vzhledem k fyzické povaze mohou být přirozené oscilace mechanické, elektromagnetické, elektromechanické. Zvažme podrobněji první proces. Vlastní oscilace nastávají, když neexistuje žádné další tření, neexistují žádné vnější síly. Pro takové pohyby frekvence závisí pouze na charakteristikách daného systému.

Harmonické procesy

Tyto přirozené kmity předpokládají změnu oscilační hodnoty podle zákonů kosinusu (sine). Analyzujme nejjednodušší formu oscilačního systému sestávajícího z míče zavěšené na pružině.

V tomto případě gravitační síla vyvažuje pružnost pružiny. Podle zákona Hooke existuje přímý vztah mezi prodloužením pružiny a silou aplikovanou na tělo.

Vlastnosti elastické síly

Vlastní elektromagnetické oscilace v obvodu souvisí s velikostí vlivu na systém. Síla pružnosti, která je úměrná posunutí míče z rovnovážné polohy, směřuje k rovnovážnému stavu. Pohyb míče pod jeho vlivem může být popsán zákonem cosinus.

Doba přirozených kmitů bude stanovena matematicky.

V případě pružinového kyvadla je odhalena závislost na jeho tuhosti a také na hmotnosti zátěže. Doba přirozených oscilací v tomto případě lze vypočítat podle vzorce.

Energie s harmonickou oscilací

Hodnota je konstantní v případě, že neexistuje třecí síla.

Při oscilačním pohybu dochází k periodické změně kinetické energie na potenciální množství.

Tlumené oscilace

Vlastní elektromagnetické oscilace mohou nastat v případě, že systém není ovlivněn vnějšími silami. Tření přispívá k tlumení oscilací, jejich amplituda se snižuje.

Frekvence přirozených oscilací v oscilačním obvodu souvisí s vlastnostmi systému, stejně jako s intenzitou ztrát.

Jak se zvětší atenuační koeficient, pozoruje se nárůst období oscilačního pohybu.

Poměr amplitud, který je oddělen intervalem rovným jednomu období, je konstanta v průběhu celého procesu. Tento postoj se nazývá pokles dekrementu.

Vlastní oscilace v oscilačním obvodu jsou popsány zákonem sinusů (kosinů).

Období oscilace je pomyslné množství. Hnutí má aperiodický charakter. Systém, který vychází z rovnovážné polohy bez dalších kmitů, se vrací do původního stavu. Způsob, jak přivést systém do rovnovážného stavu, je určen jeho počátečními podmínkami.

Rezonance

Doba přirozených kmitů obvodu je určena harmonickým zákonem. Nucené kmity se v systému objevují v důsledku působení pravidelně se měnících sil. Při kompilaci rovnice pohybu berte na vědomí, že vedle působení síly působí také síly působící na volné oscilace: odolnost média, kvazi-elastická síla.

Rezonancí je prudké zvýšení amplitudy nucených kmitů, když frekvence hnací síly má tendenci k přirozenému kmitočtu těla. Všechny kmity, které se v tomto případě vyskytují, se nazývají rezonanční.

Pro určení vztahu mezi amplitudou a vnější silou pro nucené oscilace lze použít experimentální nastavení. Při pomalém otočení kliky kliky se zatížení pohybuje na pružině směrem dolů a nahoru, podobně jako bod jejich zavěšení.

Vlastní elektromagnetické oscilace v oscilačním obvodu mohou také vypočítat zbývající fyzické parametry systému.

V případě rychlejšího otáčení se kmity zvyšují a při frekvenci rotace rovnající se sobě se dosahuje maximální hodnoty amplitudy. S následným růstem rychlosti otáčení se opět zmenšuje amplituda nucených kmitů analyzovaného nákladu.

Rezonanční charakteristika

Se zanedbatelným pohybem rukojeti zatížení téměř nezmění svou polohu. Důvodem setrvačnosti pružinového kyvadla, který nemá čas pod vlivem vnější síly, je proto pozorován pouze "jitter na místě".

Přirozená frekvence kmitů v obvodu bude odpovídat prudkému nárůstu amplitudy frekvence vnějšího působení.

Graf takového jevu se nazývá rezonanční křivka. Může být také považováno za kyvadlo nití. Pokud na stojanu visí masivní míč, stejně jako množství světelných kyvadel s různými délkami závitu.

Každé z těchto kyvadel má vlastní kmitočtovou frekvenci, kterou lze určit zrychlením gravitace, délkou vlákna.

Pokud je míč odstraněn z rovnovážného stavu, ponechá si světelné kyvadlo bez pohybu, pak jej nechte jít, jeho výkyvy povedou k pravidelnému ohýbání tyče. To způsobí účinek pravidelně se měnící pružné síly na světelné kyvadlo, což způsobí, že způsobí nucené oscilace. Postupně budou všichni mít stejnou amplitudu, která bude rezonancí.

Tento jev lze také vidět u metronomu, jehož základna je spojena se závitem na osu kyvadla. V tomto případě se bude pohybovat s maximální amplitudou, pak frekvence kyvadla "táhne" řetězec odpovídá frekvenci jeho volných kmitů.

Rezonance vzniká v případě, kdy vnější síla působící v čase s volnými kmity pracuje s kladnou hodnotou. To vede k nárůstu amplitudy oscilačního pohybu.

Kromě pozitivního dopadu fenomén rezonance často provádí negativní funkci. Pokud je například zvonek zvoněn, je důležité, aby zvuk měl lano v jednom zdvihu s volnými vibračními pohyby jazyka.

Aplikace rezonance

Při rezonanci vychází práce na frekvenčním měřiči rákosu. Zařízení je prezentováno ve formě elastických desek různé délky, které jsou upevněny na jednom společném základě.

V případě kontaktu měřiče kmitočtu s kmitavým systémem, v němž je požadováno stanovení frekvence, deska, jejíž frekvence se rovná měřenému kmitočtu, bude oscilovat s maximální amplitudou. Jakmile platina vstoupí do rezonance, je možné vypočítat frekvenci oscilačního systému.

V osmnáctém století, nedaleko od francouzského města Angers, se oddělila skupina vojáků podél řetězového mostu, který měl délku 102 metrů. Frekvence jejich kroků předpokládala hodnotu rovnou frekvenci volných kmitů mostu, která způsobila rezonanci. To způsobilo, že řetězec se zlomil, zhroucení mostu.

V roce 1906 byl ze stejného důvodu zničen egyptský most v Petrohradě, pod kterým se pohybovala eskadra jezdců. Abychom se vyhnuli takovým nepříjemným jevům, nyní při překročení mostu pokračují vojenské jednotky ve volném kroku.

Elektromagnetické jevy

Jsou vzájemně propojené oscilace magnetických a elektrických polí.

Vlastní elektromagnetické oscilace v obvodu nastávají, když je systém odstraněn z rovnovážné polohy, například když je nabíjení naplněno kondenzátorem, proudová hodnota se změní v obvodu.

V různých elektrických obvodech dochází k elektromagnetickým kmitům. V tomto případě vibrační pohyb vytváří proud, napětí, náboj, intenzitu elektrického pole, magnetickou indukci a jiné elektrodynamické veličiny.

Mohou být považovány za tlumené oscilace, jelikož energie uváděná do systému jde do topení.

Nucené elektromagnetické oscilace jsou procesy v obvodu, které jsou způsobeny periodicky se měnícími sinusovými elektromotorickými silami.

Podobné procesy jsou popsány stejnými zákony jako v případě mechanických oscilací, ale mají zcela jinou fyzickou povahu. Elektrické jevy jsou zvláštním případem elektromagnetických procesů se střídavým napětím, střídavým proudem.

Oscilující obvod

Jedná se o elektrický obvod, který sestává z sériově připojeného induktoru, kondenzátoru se specifickou kapacitou, odporového odporu.

Při stabilním rovnovážném stavu oscilačního obvodu nemá kondenzátor náboj a elektrický proud neteče přes cívku.

Mezi hlavní charakteristiky elektromagnetických oscilací je zaznamenána cyklická frekvence, která je druhou dobíjecí derivací s ohledem na čas. Fáze elektromagnetických oscilací je harmonická veličina, popsaná zákonem sinusu (kosinus).

Doba oscilačního obvodu je určena podle vzorce Thomsona, závisí na kapacitě kondenzátoru a také na indukčnosti cívky proudem. Proud v obvodu se mění podle zákona sinusu, takže je možné určit fázový posun pro určitou elektromagnetickou oscilaci.

AC proud

V rámu, který se rotuje s konstantní úhlovou rychlostí v homogenním magnetickém poli s určitým množstvím indukce, je určena harmonická emf. Podle Faradayova zákona pro elektromagnetickou indukci jsou určeny změnou magnetického toku, což je sinusová hodnota.

Když je k oscilačnímu obvodu připojen externí zdroj EMF, v něm se vyskytují nucené kmity, které se vyskytují s cyklickou frekvencí, která se rovná hodnotě frekvence samotného zdroje. Jedná se o nepřekonané pohyby, protože když se vytvoří náboj, objeví se potenciální rozdíl, objeví se proud v obvodu, jiné fyzikální veličiny. To způsobuje harmonické změny napětí a proudu, které se nazývají pulzující fyzikální veličiny.

Jako průmyslová frekvence střídavého proudu je použita hodnota 50 Hz. Pro výpočet množství uvolněného tepla při průchodu střídavým vodičem nepoužívejte maximální hodnoty výkonu, protože je dosaženo pouze v určitých časových intervalech. Pro tyto účely se používá průměrná síla, což je poměr veškeré energie procházející okruhem během analyzovaného období k jeho hodnotě.

Hodnota střídavého proudu odpovídá konstantní hodnotě, která produkuje stejné množství tepla v období, které je stejné jako u střídavého proudu.

Transformátor

Jedná se o zařízení, které zvyšuje nebo snižuje napětí bez výrazné ztráty elektrické energie. Tato konstrukce se skládá z několika desek, na kterých jsou upevněna dvě cívky s navíjením drátu. Primární je připojen ke zdroji střídavého napětí a sekundární je připojen k zařízením, které spotřebovávají elektrickou energii. U takového zařízení je zvolen poměr transformace. U kroku-nahoru transformátor je menší než jeden, a pro step-nahoru transformátor to inklinuje k 1.

Vlastní oscilace

Jedná se o systémy, které automaticky regulují dodávku energie z externího zdroje. Procesy, které se v nich vyskytují, se považují za periodické nezasazené (samočinné) akce. Pro podobné systémy generátor lampy elektromagnetické interakce, volání, hodiny.

Existují také případy, kdy se různá tělesa účastní různými směry současně v oscilacích.

Pokud kombinujeme takové pohyby, které mají stejné amplitudy, můžeme dosáhnout harmonické oscilace s větší amplitudou.

Podle Fourierovy věty je souhrn jednoduchých oscilujících systémů, které lze rozložit do složitého procesu, považován za harmonické spektrum. Označuje amplitudy a frekvence všech jednoduchých kmitů vstupujících do takového systému. Nejčastěji se spektrum zobrazuje graficky.

Na vodorovné ose jsou zaznamenány frekvence a souřadnice zobrazují amplitudy takové vibrace.

Jakýkoliv vibrační pohyb: mechanický, elektromagnetický, charakterizovaný určitými fyzikálními veličinami.

V prvé řadě takové parametry zahrnují amplitudu, periodu a frekvenci. Pro každý parametr existují matematické výrazy, které umožňují provádět výpočty, kvantifikovat požadované charakteristiky.