Volné oscilace

Vibrační procesy jsou jedním z nejčastějších jevů v přírodě. Jejich výzkum se zabývá různými odvětvími znalostí, především fyziky. Abychom odpověděli na otázku, jaké kmity jsou volány volné, je třeba vzít v úvahu, že tato kategorie je počáteční studií celé řady vibračních jevů, které se vyskytují v přírodě.

Rozlišujte následující typy, tříděné podle následujících důvodů.

Z fyzické povahy rozlišujte mechanické vibrace, elektromagnetické a smíšené, kombinující vlastnosti již jmenovaných.

Způsobem proudění v okolních prostředích se rozlišují následující kmity:

- nucené, tj. ty, které jsou způsobeny a vyskytují se pod vlivem různých druhů vnějších perturbací médií, ve kterých se vyskytují. V tomto případě je nutné dodržovat periodicitu těchto poruch;

- volné vibrace, také nazývané vnitřní, které jsou iniciovány interními vlastnosti systému a které jsou charakterizovány povinným útlumem, když přestane nebo klesá činnost vnitřních sil;

- Vlastní oscilace jsou ty, které se vyznačují přítomností určitého potenciálu v systému (potenciální energie), který zajišťuje naplnění oscilací. Hlavní věc je, že volné oscilace se liší od vlastních kmitů, závislost amplitudy nezávisí na počátečním počátečním impulsním síle, ale na vlastnostech samotného fyzického systému;

- parametrický - to jsou oscilace, které se tvoří, když je zadaný systém úmyslně přiřazen vibračnímu systému parametru, který působí jako projev vlastností vnějšího prostředí;

- náhodné kmity jsou ty, ve kterých jsou faktory ovlivňující oscilační proces náhodné, nikoliv parametrické.

Shrnutí těchto charakteristik může znamenat, že v nejobecnější formě jsou oscilace periodickými změnami v určitém systému s ohledem na jeho rovnovážný stav s určitou periodicitou. Nejrozšířenější sféry projevu oscilačních procesů v přírodě jsou mechanické jevy, chemické, vlnové a elektrické, astronomické, elektromagnetické a jiné. Společná vlastnost všech, bez výjimky typy oscilací, je, že jsou přímo spojeny s přechodem energie - transformací jednoho typ energie v jiném.

Jak již bylo řečeno, výchozím bodem studie povahy oscilačních procesů je vyšetřování takových druhů jako volné oscilace. Jejich hlavní charakteristikou jsou následující parametry:

- amplituda (A) - největší odchylka systému od jeho rovnovážného stavu (nejčastěji se používá průměrná hodnota);

- doba (T) je určité časové období, během něhož je možné opravit opakování stavů systému;

- frekvence volných kmitů (f) - počet kmitů, které systém vytváří za určitou časovou jednotku. Tento parametr se měří v Hz (Hz).

Vztah těchto parametrů odráží vzorec, který charakterizuje volné oscilace jako jev. U různých oscilátorových systémů jsou parametry v tomto vzorci zahrnuty v různých kombinacích, v závislosti na konkrétním systému, který je zvažován.

Například v nejjednodušším oscilačním obvodu je perioda a frekvence vztaženy na vzorec: f = 1 / T, ze kterého lze vidět, že perioda a frekvence jsou reciprocály.

Pokud vezmeme v úvahu volné kmity, které se vyskytují v takovém systému jako staticky pevná pružina s určitou elasticitou (k), měli bychom se obrátit na druhý zákon Newtona. Vzhledem k tomu vzorec, který odráží vlastnosti uvažovaného oscilačního systému, má podobu: F = -kx. To znamená, že pokud zanedbáme hodnoty třecích sil a předpokládáme, že hmotnost bude konstantní, takový systém bude vždy kmitávat se stejným obdobím, a to i s různými amplitudami a počátečními podmínkami jejich původu.