May iba't ibang uri ng oscillations sa physics, na nailalarawan sa pamamagitan ng ilang partikular na parameter. Isaalang-alang ang kanilang pangunahing pagkakaiba, pag-uuri ayon sa iba't ibang salik.
Mga pangunahing kahulugan
Sa ilalim ng pagbabagu-bago ay nangangahulugang isang proseso kung saan sa mga regular na pagitan ang mga pangunahing katangian ng paggalaw ay may parehong mga halaga.
Ang mga pana-panahong oscillations ay yaong kung saan umuulit ang mga halaga ng mga pangunahing dami sa mga regular na pagitan (panahon ng oscillation).
Mga uri ng oscillatory na proseso
Isaalang-alang natin ang mga pangunahing uri ng oscillations na umiiral sa pangunahing pisika.
Ang mga libreng vibrations ay ang mga nangyayari sa isang system na hindi napapailalim sa mga external na variable na impluwensya pagkatapos ng unang pagkabigla.
Ang isang halimbawa ng libreng oscillation ay isang mathematical pendulum.
Yung mga uri ng mechanical vibrations na nangyayari sa system sa ilalim ng pagkilos ng external variable force.
Mga tampok ng pag-uuri
Sa pisikal na katangian, ang mga sumusunod na uri ng oscillatory na paggalaw ay nakikilala:
- mekanikal;
- thermal;
- electromagnetic;
- mixed.
Ayon sa opsyon ng pakikipag-ugnayan sa kapaligiran
Ang mga uri ng pagbabagu-bago sa pakikipag-ugnayan sa kapaligiran ay nahahati sa ilang grupo.
Lumilitaw ang sapilitang mga oscillation sa system sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na pana-panahong pagkilos. Bilang mga halimbawa ng ganitong uri ng oscillation, maaari nating isaalang-alang ang paggalaw ng mga kamay, mga dahon sa mga puno.
Para sa sapilitang harmonic oscillations, maaaring lumitaw ang isang resonance, kung saan, na may pantay na halaga ng dalas ng panlabas na impluwensya at oscillator, na may matinding pagtaas sa amplitude.
Sariling mga panginginig ng boses sa sistema sa ilalim ng impluwensya ng mga panloob na puwersa pagkatapos itong alisin sa equilibrium. Ang pinakasimpleng variant ng libreng vibrations ay ang paggalaw ng isang load na nakasuspinde sa isang thread o nakakabit sa isang spring.
Ang mga self-oscillations ay mga uri kung saan ang system ay may tiyak na dami ng potensyal na enerhiya na ginagamit upang gumawa ng mga oscillations. Ang kanilang natatanging tampok ay ang katotohanan na ang amplitude ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga katangian ng system mismo, at hindi ng mga unang kundisyon.
Para sa mga random na pagbabagu-bago, ang external load ay may random na value.
Mga pangunahing parameter ng oscillatory na paggalaw
Lahat ng mga mode ng vibration ay may ilang partikular na katangian na dapat banggitin nang hiwalay.
Ang amplitude ay ang maximum deviation mula sa equilibrium position, ang deviation ng isang pabagu-bagong value, ito ay sinusukat sa metro.
Ang Period ay ang oras ng isang buong swing, sa pamamagitan ngna umuulit sa mga katangian ng system, ay kinakalkula sa ilang segundo.
Ang dalas ay tinutukoy ng bilang ng mga oscillations bawat yunit ng oras, ito ay inversely proportional sa oscillation period.
Ang oscillation phase ay nagpapakilala sa estado ng system.
Katangian ng mga harmonic oscillations
Ang mga ganitong uri ng oscillations ay nangyayari ayon sa batas ng cosine o sine. Napatunayan ni Fourier na ang anumang pana-panahong oscillation ay maaaring katawanin bilang isang kabuuan ng mga harmonic na pagbabago sa pamamagitan ng pagpapalawak ng isang partikular na function sa isang seryeng Fourier.
Bilang halimbawa, isaalang-alang ang isang pendulum na may partikular na tagal at cyclic frequency.
Ano ang katangian ng mga ganitong uri ng pagbabagu-bago? Itinuturing ng pisika na ang mathematical pendulum ay isang idealized na sistema, na binubuo ng isang materyal na punto, na sinuspinde sa isang walang timbang na hindi mapapahaba na sinulid, na umuusad sa ilalim ng impluwensya ng grabidad.
Ang mga ganitong uri ng vibrations ay may tiyak na dami ng enerhiya, karaniwan ang mga ito sa kalikasan at teknolohiya.
Sa matagal na oscillatory motion, nagbabago ang coordinate ng center of mass nito, at sa alternating current, nagbabago ang value ng current at boltahe sa circuit.
May iba't ibang uri ng harmonic oscillations ayon sa pisikal na katangian: electromagnetic, mechanical, atbp.
Ang pag-alog ng sasakyan na gumagalaw sa masungit na kalsada ay nagsisilbing sapilitang oscillation.
Mga pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng sapilitang at librepagbabagu-bago
Ang mga uri ng electromagnetic oscillations na ito ay naiiba sa pisikal na katangian. Ang pagkakaroon ng medium resistance at friction forces ay humahantong sa pamamasa ng mga libreng oscillations. Sa kaso ng sapilitang mga oscillations, ang pagkawala ng enerhiya ay nababayaran ng karagdagang supply nito mula sa isang panlabas na mapagkukunan.
Inuugnay ng panahon ng spring pendulum ang bigat ng katawan at ang higpit ng spring. Sa kaso ng mathematical pendulum, depende ito sa haba ng thread.
Sa isang kilalang panahon, maaari mong kalkulahin ang natural na frequency ng oscillatory system.
Sa teknolohiya at kalikasan, may mga pagbabago na may iba't ibang mga halaga ng dalas. Halimbawa, ang pendulum na umuusad sa St. Isaac's Cathedral sa St. Petersburg ay may dalas na 0.05 Hz, habang para sa mga atom ito ay ilang milyong megahertz.
Pagkatapos ng isang tiyak na yugto ng panahon, ang pamamasa ng mga libreng oscillations ay sinusunod. Iyon ang dahilan kung bakit ginagamit ang sapilitang mga oscillation sa totoong pagsasanay. Ang mga ito ay in demand sa iba't ibang mga vibration machine. Ang vibratory hammer ay isang shock-vibration machine na idinisenyo para sa pagtutulak ng mga tubo, tambak, at iba pang istrukturang metal sa lupa.
Electromagnetic oscillations
Ang pag-characterization ng mga mode ng oscillation ay kinabibilangan ng pagsusuri ng mga pangunahing pisikal na parameter: charge, boltahe, kasalukuyang lakas. Bilang isang elementarya na sistema, na ginagamit upang obserbahan ang mga electromagnetic oscillations, ay isang oscillatory circuit. Ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagkonekta ng coil at isang capacitor na magkakasunod.
Kapag sarado ang circuit, libreng electromagneticpagbabagu-bago na nauugnay sa panaka-nakang pagbabago sa singil ng kuryente sa capacitor at sa kasalukuyang nasa coil.
Malaya ang mga ito dahil sa katotohanang kapag isinagawa ang mga ito ay walang panlabas na impluwensya, ngunit tanging ang enerhiyang nakaimbak sa mismong circuit ang ginagamit.
Kung isasaalang-alang natin ang resistensya ng coil bilang zero, at kunin ang panahon ng oscillation bilang T, maaari nating isaalang-alang ang isang kumpletong oscillation na ginawa ng system.
Sa kawalan ng panlabas na impluwensya, pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon, ang pamamasa ng electromagnetic oscillation ay sinusunod. Ang dahilan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang unti-unting paglabas ng capacitor, pati na rin ang resistensya na mayroon talaga ang coil.
Kaya ang mga damped oscillations ay nangyayari sa isang tunay na circuit. Ang pagbabawas ng singil sa kapasitor ay humahantong sa isang pagbawas sa halaga ng enerhiya kumpara sa orihinal na halaga nito. Unti-unti, ilalabas ito bilang init sa connecting wires at coil, ganap na madidischarge ang capacitor, at makukumpleto ang electromagnetic oscillation.
Ang kahalagahan ng pagbabagu-bago sa agham at teknolohiya
Anumang mga paggalaw na may tiyak na antas ng pag-uulit ay mga oscillations. Halimbawa, ang isang mathematical pendulum ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang sistematikong paglihis sa parehong direksyon mula sa orihinal na patayong posisyon.
Para sa spring pendulum, isang buong indayog ang tumutugma sa paggalaw nito pataas at pababa mula sa unang posisyon.
Sa isang electrical circuit na may capacitance at inductance, mayroong pag-uulit ng charge samga plato ng kapasitor. Ano ang sanhi ng mga paggalaw ng oscillatory? Ang pendulum ay gumagana dahil sa ang katunayan na ang gravity ay nagiging sanhi ng pagbabalik nito sa orihinal nitong posisyon. Sa kaso ng isang modelo ng tagsibol, ang isang katulad na pag-andar ay ginagawa ng nababanat na puwersa ng tagsibol. Kapag pumasa sa equilibrium na posisyon, ang load ay may tiyak na bilis, samakatuwid, sa pamamagitan ng inertia, ito ay lumalampas sa average na estado.
Ang mga electric oscillations ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng potensyal na pagkakaiba na umiiral sa pagitan ng mga plate ng isang naka-charge na kapasitor. Kahit na ito ay ganap na na-discharge, ang agos ay hindi nawawala, ito ay nire-recharge.
Gumagamit ang modernong teknolohiya ng mga pagbabago-bago na malaki ang pagkakaiba sa kanilang kalikasan, antas ng pag-uulit, kalikasan, at gayundin sa “mekanismo” ng hitsura.
Ang mga mekanikal na panginginig ng boses ay ginagawa sa pamamagitan ng mga string ng mga instrumentong pangmusika, alon ng dagat, isang pendulum. Ang mga pagbabago sa kemikal na nauugnay sa isang pagbabago sa konsentrasyon ng mga reactant ay isinasaalang-alang kapag nagsasagawa ng iba't ibang mga pakikipag-ugnayan.
Ang mga electromagnetic oscillations ay nagbibigay-daan sa paglikha ng iba't ibang teknikal na device, tulad ng mga telepono, ultrasonic na mga medikal na device.
Ang mga pagbabago sa liwanag ng Cepheids ay partikular na interesado sa astrophysics, at pinag-aaralan sila ng mga siyentipiko mula sa iba't ibang bansa.
Konklusyon
Lahat ng uri ng oscillations ay malapit na nauugnay sa isang malaking bilang ng mga teknikal na proseso at pisikal na phenomena. Ang kanilang praktikal na kahalagahan ay malaki sa paggawa ng sasakyang panghimpapawid, paggawa ng mga barko, pagtatayo ng mga residential complex, electrical engineering, radio electronics, medisina, at pangunahing agham. Isang halimbawa ng isang tipikal na proseso ng oscillatory sapinapaboran ng pisyolohiya ang paggalaw ng kalamnan ng puso. Ang mga mekanikal na panginginig ng boses ay matatagpuan sa organic at inorganic na chemistry, meteorology, at marami pang ibang natural na agham.
Ang mga unang pag-aaral ng mathematical pendulum ay isinagawa noong ikalabing pitong siglo, at sa pagtatapos ng ikalabinsiyam na siglo, naitatag ng mga siyentipiko ang likas na katangian ng electromagnetic oscillations. Ang siyentipikong Ruso na si Alexander Popov, na itinuturing na "ama" ng mga komunikasyon sa radyo, ay nagsagawa ng kanyang mga eksperimento nang tumpak sa batayan ng teorya ng mga electromagnetic oscillations, ang mga resulta ng pananaliksik nina Thomson, Huygens, at Rayleigh. Nakahanap siya ng praktikal na aplikasyon para sa mga electromagnetic oscillations, upang magamit ang mga ito sa pagpapadala ng signal ng radyo sa mahabang distansya.
Academician P. N. Lebedev sa loob ng maraming taon ay nagsagawa ng mga eksperimento na nauugnay sa paggawa ng mga high-frequency na electromagnetic oscillations gamit ang mga alternating electric field. Salamat sa maraming eksperimento na nauugnay sa iba't ibang uri ng vibrations, nagawa ng mga siyentipiko na makahanap ng mga lugar para sa kanilang pinakamainam na paggamit sa modernong agham at teknolohiya.
