Sa pang-araw-araw na buhay, ang isang tao ay patuloy na nakakaranas ng mga pagpapakita ng oscillatory motion. Ito ang indayog ng pendulum sa orasan, ang mga panginginig ng boses ng mga bukal ng sasakyan at ang buong sasakyan. Kahit na ang isang lindol ay walang iba kundi ang mga vibrations ng crust ng lupa. Ang mga matataas na gusali ay umuugoy din dahil sa malakas na bugso ng hangin. Subukan nating alamin kung paano ipinapaliwanag ng pisika ang hindi pangkaraniwang bagay na ito.
Pendulum bilang isang oscillatory system
Ang pinaka-halatang halimbawa ng oscillatory motion ay ang wall clock pendulum. Ang pagdaan ng pendulum mula sa pinakamataas na punto sa kaliwa hanggang sa pinakamataas na punto sa kanan ay tinatawag na full swing nito. Ang panahon ng isang ganoong kumpletong oscillation ay tinatawag na perimeter. Ang dalas ng oscillation ay ang bilang ng mga oscillation bawat segundo.
Upang pag-aralan ang mga oscillations, isang simpleng thread pendulum ang ginagamit, na ginagawa sa pamamagitan ng pagsasabit ng maliit na metal ball sa isang thread. Kung iniisip natin na ang bola ay isang materyal na punto, at ang thread ay walang mass sa ganapflexibility at kawalan ng friction, makakakuha ka ng teoretikal, tinatawag na mathematical pendulum.
Ang oscillation period ng naturang "ideal" na pendulum ay maaaring kalkulahin gamit ang formula:
T=2π √ l / g, kung saan ang l ay ang haba ng pendulum, ang g ay ang free fall acceleration.
Ipinapakita ng formula na ang panahon ng oscillation ng pendulum ay hindi nakasalalay sa masa nito at hindi isinasaalang-alang ang anggulo ng deviation mula sa posisyon ng equilibrium.
Pagbabago ng enerhiya
Ano ang mekanismo ng paggalaw ng pendulum, na umuulit sa isang tiyak na tagal ng panahon kahit hanggang sa kawalang-hanggan, kung walang friction at mga puwersa ng paglaban, upang madaig ang isang tiyak na gawain?
Nagsisimulang mag-oscillate ang pendulum dahil sa enerhiyang ibinibigay dito. Sa sandaling ang pendulum ay inalis mula sa patayong posisyon, binibigyan namin ito ng isang tiyak na halaga ng potensyal na enerhiya. Kapag ang pendulum ay gumagalaw mula sa tuktok na punto nito sa paunang posisyon nito, ang potensyal na enerhiya ay na-convert sa kinetic energy. Sa kasong ito, ang bilis ng pendulum ay magiging pinakamalaki, dahil ang puwersa na nagbibigay ng acceleration ay bumababa. Dahil sa ang katunayan na sa paunang posisyon ang bilis ng pendulum ay ang pinakamalaki, hindi ito tumitigil, ngunit sa pamamagitan ng pagkawalang-galaw ay gumagalaw pa sa kahabaan ng arko ng isang bilog sa eksaktong kaparehong taas ng kung saan ito bumaba. Ito ay kung paano nako-convert ang enerhiya sa panahon ng oscillatory motion mula sa potensyal patungo sa kinetic.
Ang taas ng pendulum ay katumbas ng taas ng pagbaba nito. Ganito ang naging konklusyon ni Galileo habang nagsasagawa ng eksperimento gamit ang isang pendulum, na kalaunan ay ipinangalan sa kanya.
Ang pag-indayog ng isang pendulum ay isang hindi mapag-aalinlanganang halimbawa ng batas ng pagtitipid ng enerhiya. At tinatawag silang mga harmonic vibrations.
Sine wave at phase
Ano ang isang harmonic oscillatory motion. Upang makita ang prinsipyo ng naturang paggalaw, maaari mong isagawa ang sumusunod na eksperimento. Nagsabit kami ng funnel na may buhangin sa crossbar. Sa ilalim nito ay naglalagay kami ng isang sheet ng papel, na maaaring ilipat patayo sa mga pagbabagu-bago ng funnel. Kapag nai-set na ang funnel sa paggalaw, inilipat namin ang papel.
Ang resulta ay isang kulot na linyang nakasulat sa buhangin - isang sinusoid. Ang mga oscillations na ito, na nagaganap alinsunod sa batas ng sine, ay tinatawag na sinusoidal o harmonic. Sa ganitong mga pagbabagu-bago, ang anumang dami na naglalarawan sa paggalaw ay magbabago ayon sa batas ng sine o cosine.
Matapos suriin ang sinusoid na nabuo sa karton, mapapansin na ang buhangin ay isang patong ng buhangin sa iba't ibang seksyon nito na may iba't ibang kapal: sa tuktok o labangan ng sinusoid, ito ay pinakasiksik na nakatambak. Iminumungkahi nito na sa mga puntong ito ang bilis ng pendulum ay ang pinakamaliit, o sa halip ay zero, sa mga puntong iyon kung saan binaligtad ng pendulum ang paggalaw nito.
Ang konsepto ng phase ay gumaganap ng malaking papel sa pag-aaral ng oscillations. Isinalin sa Russian, ang salitang ito ay nangangahulugang "pagpapakita". Sa pisika, ang isang yugto ay isang tiyak na yugto ng isang pana-panahong proseso, iyon ay, ang lugar sa sinusoid kung saan kasalukuyang matatagpuan ang pendulum.
Mga pag-aalinlangan sa maluwag
Kung ang oscillatory system ay binibigyan ng paggalaw at pagkatapos ay humintoang impluwensya ng anumang pwersa at enerhiya, kung gayon ang mga oscillations ng naturang sistema ay tatawaging libre. Ang mga oscillations ng pendulum, na naiwan sa sarili nito, ay unti-unting magsisimulang kumupas, ang amplitude ay bababa. Ang paggalaw ng pendulum ay hindi lamang variable (mas mabilis sa ibaba at mas mabagal sa itaas), ngunit hindi rin pare-parehong variable.
Sa mga harmonic oscillations, ang puwersa na nagbibigay sa pendulum acceleration ay humihina nang may pagbaba sa dami ng deviation mula sa equilibrium point. Mayroong proporsyonal na relasyon sa pagitan ng puwersa at distansya ng pagpapalihis. Samakatuwid, ang mga naturang vibrations ay tinatawag na harmonic, kung saan ang anggulo ng deviation mula sa punto ng equilibrium ay hindi lalampas sa sampung degree.
Sapilitang paggalaw at resonance
Para sa praktikal na aplikasyon sa engineering, ang mga vibrations ay hindi pinapayagang mabulok, na nagbibigay ng panlabas na puwersa sa oscillating system. Kung ang oscillatory movement ay nangyayari sa ilalim ng panlabas na impluwensya, ito ay tinatawag na sapilitang. Ang sapilitang mga oscillations ay nangyayari sa dalas na itinakda ng isang panlabas na impluwensya sa kanila. Ang dalas ng kumikilos na panlabas na puwersa ay maaaring o hindi maaaring tumugma sa dalas ng natural na mga oscillations ng pendulum. Kapag nagtutugma, ang amplitude ng mga oscillations ay tumataas. Ang isang halimbawa ng naturang pagtaas ay isang indayog na mas mataas kung, sa panahon ng paggalaw, binibigyan mo sila ng acceleration, na tinatamaan ang beat ng sarili nilang paggalaw.
Ang phenomenon na ito sa physics ay tinatawag na resonance at may malaking kahalagahan para sa mga praktikal na aplikasyon. Halimbawa, kapag nag-tune ng isang radio receiver sa nais na alon, ito ay dinadala sa resonance sa kaukulang istasyon ng radyo. Ang kababalaghan ng resonance ay mayroon ding mga negatibong kahihinatnan,humahantong sa pagkasira ng mga gusali at tulay.
Mga self-sufficient system
Bukod sa sapilitang at libreng vibrations, mayroon ding self-oscillations. Nangyayari ang mga ito sa dalas ng oscillating system mismo kapag nakalantad sa isang pare-pareho sa halip na isang variable na puwersa. Ang isang halimbawa ng self-oscillations ay isang orasan, ang paggalaw ng pendulum kung saan ibinibigay at pinapanatili sa pamamagitan ng pag-unwinding ng spring o pagbaba ng load. Kapag tumutugtog ng violin, ang natural na panginginig ng boses ng mga kuwerdas ay kasabay ng puwersang nagmumula sa impluwensya ng busog, at lumilitaw ang isang tunog ng isang tiyak na tono.
Ang mga oscillatory system ay magkakaiba, at ang pag-aaral ng mga prosesong nagaganap sa mga ito sa mga praktikal na eksperimento ay kawili-wili at nagbibigay-kaalaman. Ang praktikal na aplikasyon ng oscillatory motion sa pang-araw-araw na buhay, agham at teknolohiya ay iba-iba at kailangang-kailangan: mula sa swing swings hanggang sa paggawa ng mga rocket engine.
