Ang mga natural na vibrations ay mga prosesong nailalarawan sa isang tiyak na repeatability. Halimbawa, kabilang dito ang paggalaw ng pendulum ng orasan, string ng gitara, mga binti ng tuning fork, ang aktibidad ng puso.
Mga mekanikal na panginginig ng boses
Isinasaalang-alang ang pisikal na kalikasan, ang mga natural na oscillations ay maaaring mekanikal, electromagnetic, electromechanical. Tingnan natin ang unang proseso. Ang mga natural na panginginig ng boses ay nangyayari sa mga kaso kung saan walang karagdagang alitan, walang panlabas na puwersa. Ang ganitong mga paggalaw ay nailalarawan sa pamamagitan ng frequency dependence lamang sa mga katangian ng ibinigay na system.
Mga Harmonic na proseso
Ang mga natural na oscillations na ito ay nagpapahiwatig ng pagbabago sa oscillating quantity ayon sa cosine (sine) law. Suriin natin ang pinakasimpleng anyo ng isang oscillatory system, na binubuo ng isang bola na sinuspinde sa isang spring.
Sa kasong ito, binabalanse ng gravity ang elasticity ng spring. Ayon sa batas ni Hooke, may direktang kaugnayan sa pagitan ng extension nito ng spring at ng puwersang inilapat sa katawan.
Elastic force properties
Ang mga sariling electromagnetic oscillations sa circuit ay nauugnay sa laki ng epekto sa system. Ang nababanat na puwersa, na proporsyonal sa pag-aalis ng bola mula sa posisyon ng ekwilibriyo, ay nakadirekta patungo sa estado ng balanse. Ang paggalaw ng bola sa ilalim ng impluwensya nito ay mailalarawan ng batas ng cosine.
Ang natural oscillation period ay matutukoy sa matematika.
Sa kaso ng spring pendulum, ang pagtitiwala sa higpit nito, gayundin sa bigat ng karga, ay ipinahayag. Ang panahon ng mga natural na oscillation sa kasong ito ay maaaring kalkulahin ng formula.
Enerhiya at harmonic oscillation
Ang halaga ay pare-pareho kung walang friction force.
Habang nagaganap ang oscillatory movement, nangyayari ang panaka-nakang pagbabago ng kinetic energy sa isang potensyal na halaga.
Damped oscillations
Maaaring mangyari ang sariling electromagnetic oscillations kapag ang system ay hindi apektado ng mga puwersa sa labas. Ang friction ay nag-aambag sa damping ng mga oscillations, ang pagbaba sa kanilang amplitude ay naobserbahan.
Ang dalas ng mga natural na oscillations sa isang oscillatory circuit ay nauugnay sa mga katangian ng system, gayundin sa tindi ng mga pagkalugi.
Sa pagtaas ng attenuation coefficient, ang pagtaas sa panahon ng oscillatory motion ay sinusunod.
Ang ratio ng mga amplitude na pinaghihiwalay ng interval na katumbas ng isang period ay pare-parehohalaga sa buong proseso. Ang ratio na ito ay tinatawag na damping decrement.
Natural na vibrations sa oscillatory circuit ay inilalarawan ng batas ng sines (cosines).
Ang oscillation period ay isang haka-haka na dami. Ang paggalaw ay aperiodic. Ang sistema, na inalis mula sa posisyon ng ekwilibriyo nang walang karagdagang mga oscillations, ay bumalik sa orihinal nitong estado. Ang paraan ng pagdadala ng system sa isang equilibrium na estado ay tinutukoy ng mga paunang kondisyon nito.
Resonance
Ang panahon ng natural na oscillations ng circuit ay tinutukoy ng harmonic law. Lumilitaw ang sapilitang mga oscillations sa system sa ilalim ng pagkilos ng isang pana-panahong pagbabago ng puwersa. Kapag kino-compile ang equation ng paggalaw, isinasaalang-alang na bilang karagdagan sa puwersang puwersa, mayroon ding mga puwersang kumikilos sa panahon ng mga libreng vibrations: ang paglaban ng medium, ang quasi-elastic na puwersa.
Ang
Resonance ay isang matalim na pagtaas sa amplitude ng sapilitang mga oscillations kapag ang dalas ng puwersang nagtutulak ay umaayon sa natural na dalas ng katawan. Ang lahat ng vibrations na nangyayari sa kasong ito ay tinatawag na resonant.
Upang ipakita ang kaugnayan sa pagitan ng amplitude at ng external na puwersa para sa sapilitang mga oscillations, maaari mong gamitin ang pang-eksperimentong setup. Kapag mabagal na iniikot ang hawakan ng crank, ang pagkarga sa spring ay gumagalaw pataas at pababa nang katulad sa punto ng kanilang pagkakasuspinde.
Maaaring kalkulahin ang sariling electromagnetic oscillations sa oscillatory circuit at iba pang mga pisikal na parametersystem.
Sa kaso ng mas mabilis na pag-ikot, ang mga oscillations ay tumataas, at kapag ang dalas ng pag-ikot ay katumbas ng natural, ang maximum na halaga ng amplitude ay naaabot. Sa kasunod na pagtaas ng dalas ng pag-ikot, ang amplitude ng sapilitang mga oscillations ng na-analyze na load ay bumababa muli.
Katangian ng resonance
Sa bahagyang paggalaw ng hawakan, halos hindi nagbabago ang posisyon ng load. Ang dahilan ay ang pagkawalang-galaw ng spring pendulum, na hindi sumasabay sa panlabas na puwersa, kaya't "jitter in place" lang ang napapansin.
Ang natural na dalas ng mga oscillation sa circuit ay tutugma sa isang matalim na pagtaas sa amplitude ng dalas ng panlabas na pagkilos.
Ang graph ng naturang phenomenon ay tinatawag na resonance curve. Maaari rin itong isaalang-alang para sa isang filament pendulum. Kung magsabit ka ng napakalaking bola sa riles, pati na rin ang ilang magagaan na pendulum na may iba't ibang haba ng sinulid.
Ang bawat isa sa mga pendulum na ito ay may sariling dalas ng oscillation, na maaaring matukoy batay sa acceleration ng free fall, ang haba ng thread.
Kung ang bola ay inalis sa equilibrium, iniiwan ang liwanag na pendulum na walang paggalaw, pagkatapos ay binitawan, ang mga pag-indayog nito ay hahantong sa panaka-nakang baluktot ng riles. Magiging sanhi ito ng epekto ng pana-panahong pagbabago ng elastic force sa mga light pendulum, na nagiging sanhi ng mga ito na magsagawa ng sapilitang mga oscillations. Unti-unti, magkakaroon ng pantay na amplitude ang lahat ng ito, na magiging resonance.
Ang phenomenon na ito ay makikita rin para sa isang metronome, na ang base nito ay konektadothread na may axis ng pendulum. Sa kasong ito, ito ay uugoy nang may pinakamataas na amplitude, pagkatapos ay ang dalas ng pendulum na "paghila" ng string ay tumutugma sa dalas ng mga libreng oscillations nito.
Ang resonance ay nangyayari kapag ang isang panlabas na puwersa, na kumikilos sa oras na may mga libreng vibrations, ay gumagana nang may positibong halaga. Ito ay humahantong sa pagtaas ng amplitude ng oscillatory motion.
Bukod sa positibong epekto, ang phenomenon ng resonance ay madalas na gumaganap ng negatibong function. Halimbawa, kung ang dila ng isang kampana ay umuugoy, mahalaga para sa tunog na magawa na ang lubid ay kumikilos sa oras na may mga libreng oscillating na paggalaw ng dila.
Paglalapat ng resonance
Ang operasyon ng reed frequency meter ay nakabatay sa resonance. Ang aparato ay ipinakita sa anyo ng mga nababanat na plate na may iba't ibang haba, na naayos sa isang karaniwang base.
Sa kaso ng contact ng frequency meter na may isang oscillatory system kung saan kinakailangan upang matukoy ang frequency, ang plate na iyon, na ang frequency ay katumbas ng sinusukat, ay mag-o-oscillate nang may pinakamataas na amplitude. Pagkatapos ilagay ang platinum sa resonance, maaari mong kalkulahin ang dalas ng oscillating system.
Noong ikalabing walong siglo, hindi kalayuan sa lungsod ng Angers sa Pransya, isang detatsment ng mga sundalo ang lumipat sa isang hakbang sa isang chain bridge, na ang haba nito ay 102 metro. Ang dalas ng kanilang mga hakbang ay kinuha sa isang halaga na katumbas ng dalas ng mga libreng vibrations ng tulay, na naging sanhi ng isang resonance. Naging sanhi ito ng pagkaputol ng mga tanikala, ng pagbagsak ng suspension bridge.
Noong 1906, sa parehong dahilan, ang tulay ng Egypt sa St. Petersburg ay nawasak, kung saan lumipat ang isang iskwadron ng mga mangangabayo. Upang maiwasan ang mga hindi kasiya-siyang phenomena, ngayon ay maypagtawid sa tulay, ang mga yunit ng militar ay mabilis na tumatakbo.
Electromagnetic phenomena
Ang mga ito ay magkakaugnay na pagbabagu-bago ng magnetic at electric field.
Ang mga sariling electromagnetic oscillations sa circuit ay nangyayari kapag ang system ay inalis sa equilibrium, halimbawa, kapag ang isang singil ay ibinigay sa isang kapasitor, isang pagbabago sa kasalukuyang magnitude sa circuit.
Ang mga electromagnetic oscillation ay lumalabas sa iba't ibang electrical circuit. Sa kasong ito, ang oscillatory na paggalaw ay ginagawa ng kasalukuyang lakas, boltahe, charge, lakas ng electric field, magnetic induction, at iba pang electrodynamic na dami.
Maaaring ituring ang mga ito bilang damped oscillations, dahil ang enerhiya na ibinibigay sa system ay napupunta sa init.
Bilang sapilitang electromagnetic oscillations ay ang mga proseso sa circuit, na sanhi ng pana-panahong pagbabago ng panlabas na sinusoidal electromotive force.
Ang mga ganitong proseso ay inilalarawan ng parehong mga batas tulad ng sa kaso ng mga mekanikal na panginginig ng boses, ngunit mayroon silang ganap na kakaibang pisikal na katangian. Ang mga electrical phenomena ay isang espesyal na kaso ng mga electromagnetic na proseso na may kapangyarihan, boltahe, alternating current.
Oscillatory circuit
Ito ay isang electrical circuit na binubuo ng isang inductor na konektado sa serye, isang capacitor na may isang tiyak na kapasidad, isang resistor ng resistensya.
Kapag ang oscillatory circuit ay nasa stable equilibrium state, ang capacitor ay walang charge, at walang electric current na dumadaloy sa coil.
Kabilang sa mga pangunahing tampokAng mga electromagnetic oscillations ay tandaan ang cyclic frequency, na siyang pangalawang derivative ng singil na may paggalang sa oras. Ang yugto ng electromagnetic oscillations ay isang harmonic na dami, na inilalarawan ng batas ng sine (cosine).
Ang panahon sa oscillatory circuit ay tinutukoy ng Thomson formula, depende sa capacitance ng capacitor, pati na rin ang halaga ng inductance ng coil na may kasalukuyang. Ang kasalukuyang sa circuit ay nagbabago ayon sa batas ng sine, para matukoy mo ang phase shift para sa isang partikular na electromagnetic wave.
Alternating current
Sa isang frame na umiikot sa pare-pareho ang angular velocity sa isang pare-parehong magnetic field na may tiyak na halaga ng induction, ang harmonic EMF ay tinutukoy. Ayon sa batas ng Faraday para sa electromagnetic induction, ang mga ito ay tinutukoy ng pagbabago sa magnetic flux, ay isang sinusoidal na halaga.
Kapag ang isang panlabas na pinagmumulan ng EMF ay konektado sa oscillatory circuit, nagaganap ang sapilitang mga oscillations sa loob nito, na nagaganap na may cyclic frequency ώ, na katumbas ng halaga sa frequency ng source mismo. Ang mga ito ay mga paggalaw na walang basa, dahil kapag ang isang singil ay ginawa, ang isang potensyal na pagkakaiba ay lilitaw, isang kasalukuyang lumitaw sa circuit, at iba pang pisikal na dami. Nagdudulot ito ng mga harmonic na pagbabago sa boltahe, kasalukuyang, na tinatawag na pulsating physical quantities.
Ang halaga ng 50 Hz ay kinuha bilang pang-industriya na dalas ng alternating current. Upang kalkulahin ang dami ng init na inilabas kapag dumadaan sa isang alternating kasalukuyang konduktor, ang pinakamataas na halaga ng kapangyarihan ay hindi ginagamit, dahil ito ay naabot lamang sa ilang mga tagal ng panahon. Para sa mga ganitong layunin, mag-applyaverage na kapangyarihan, na siyang ratio ng lahat ng enerhiyang dumadaan sa circuit sa panahon ng pagsusuri, sa halaga nito.
Ang halaga ng alternating current ay tumutugma sa pare-pareho, na naglalabas ng parehong dami ng init sa panahon gaya ng sa alternating current.
Transformer
Ito ay isang device na nagpapataas o nagpapababa ng boltahe nang walang makabuluhang pagkawala ng kuryente. Ang disenyo na ito ay binubuo ng ilang mga plato kung saan ang dalawang coils na may wire windings ay naayos. Ang pangunahin ay konektado sa isang alternating na pinagmumulan ng boltahe, at ang pangalawa ay nakakabit sa mga device na gumagamit ng elektrikal na enerhiya. Para sa gayong aparato, ang ratio ng pagbabagong-anyo ay nakikilala. Para sa isang step-up na transformer, ito ay mas mababa sa isa, at para sa isang step-up na transformer, ito ay may posibilidad na 1.
Auto oscillations
Ang mga ito ay tinatawag na mga sistema na awtomatikong kinokontrol ang supply ng enerhiya mula sa panlabas na pinagmumulan. Ang mga prosesong nagaganap sa mga ito ay itinuturing na panaka-nakang undamped (self-oscillatory) na mga aksyon. Kasama sa mga naturang sistema ang isang tube generator ng mga electromagnetic na pakikipag-ugnayan, isang kampana, isang orasan.
Mayroon ding mga kaso kung saan ang iba't ibang katawan ay sabay-sabay na lumalahok sa mga oscillations sa iba't ibang direksyon.
Kung pagsasama-samahin mo ang mga naturang paggalaw na may pantay na amplitude, maaari kang makakuha ng harmonic oscillation na may mas malaking amplitude.
Ayon sa Fourier theorem, ang isang set ng mga simpleng oscillatory system, kung saan ang isang kumplikadong proseso ay maaaring mabulok, ay itinuturing na isang harmonic spectrum. Ipinapahiwatig nito ang mga amplitude at frequency ng lahat ng mga simpleng oscillations na kasama saganyang sistema. Kadalasan, ang spectrum ay ipinapakita sa isang graphical na anyo.
Ang mga frequency ay minarkahan sa pahalang na axis, at ang mga amplitude ng naturang oscillations ay ipinapakita sa kahabaan ng ordinate axis.
Anumang oscillatory na paggalaw: mekanikal, electromagnetic, ay nailalarawan sa ilang partikular na pisikal na dami.
Una sa lahat, kasama sa mga parameter na ito ang amplitude, period, frequency. May mga mathematical expression para sa bawat parameter, na nagbibigay-daan sa iyong magsagawa ng mga kalkulasyon, kalkulahin ang dami ng gustong katangian.
