Математический маятник — отличный пример гармонических колебаний. Подвешенный на нити шарик — это еще не математический маятник, пока он только физический.
Приведите примеры затухающих и незатухающих колебаний
Колебания таких тел тоже происходят с частотой вынуждающей силы. Вынужденные колебания — незатухающие. Они происходят до тех пор, пока действует вынуждающая сила. Вопросы Что можно сказать о полной механической энергии колеблющегося маятника в любой момент времени, если допустить, что потерь энергии нет? Согласно какому закону это можно утверждать? Как меняется с течением времени амплитуда свободных колебаний, происходящих в реальных условиях? В чём причина такого изменения?
Где быстрее прекратятся колебания маятника — в воздухе или в воде? Начальный запас энергии в обоих случаях одинаков. Могут ли свободные колебания быть незатухающими? Что необходимо делать для того, чтобы колебания были незатухающими? Что можно сказать о частоте установившихся вынужденных колебаний и частоте вынуждающей силы? Могут ли тела, не являющиеся колебательными системами, совершать вынужденные колебания?
Математический маятник - небольшое тело материальная точка , подвешенное на невесомой нити рис. Математический маятник а , физический маятник б Физический маятник - твердое тело, совершающее колебания под действием силы тяжести вокруг неподвижной горизонтальной оси. На рисунке 1. Период колебаний физического маятника описывается формулой где J - момент инерции тела относительно оси, m - масса, h - расстояние между центром тяжести точка С и осью подвеса точка О. Момент инерции - это величина, зависящая от массы тела, его размеров и положения относительно оси вращения. Вычисляется момент инерции по специальным формулам. Гармонические колебания и их характеристики. Колебаниями называются процессы, которые характеризуются определенной повторяемостью во времени, то есть колебания - периодические изменения какой-либо величины.
Незатухающие колебания встречаются в различных физических системах, начиная от механических колебаний например, маятников до электрических колебания в контуре и оптических колебания света систем. Незатухающие колебания имеют значительные приложения в науке и технике. В частности, они используются для создания точных метрологических приборов, таких как часы с маятником или кварцевые генераторы, а также в системах передачи данных и коммуникации. Однако в реальных системах обычно существуют диссипативные эффекты, которые приводят к затуханию колебаний. Поэтому незатухающие колебания являются идеализированным случаем, который реализуется только в идеально изолированных системах. Особенности незатухающих колебаний Одной из основных особенностей незатухающих колебаний является их стабильность. Долгое время, пока не возникают внешние силы или эффекты, энергия системы остается неизменной, и колебания могут продолжаться бесконечно.
Незатухающие колебания также обладают постоянной частотой и периодом. Это означает, что время, за которое система выполняет один полный цикл колебаний, остается постоянным. Такая стабильность позволяет использовать незатухающие колебания во многих приложениях, например, в точных измерениях или волнообразовательных системах. Кроме того, незатухающие колебания обладают высокой амплитудой. Это означает, что система может двигаться с большой амплитудой, что является важным фактором в некоторых приложениях, таких как резонансные явления или использование системы в качестве источника энергии. Примеры незатухающих колебаний в природе 1. Плазменные колебания: В плазме, которая является четвертым состоянием вещества, происходят незатухающие колебания.
Если вам необходимо получить ответ на вопрос Приведите примеры затухающих и незатухающих колебаний? В категории Физика вы также найдете ответы на похожие вопросы по интересующей теме, с помощью автоматического «умного» поиска. Если после ознакомления со всеми вариантами ответа у вас остались сомнения, или полученная информация не полностью освещает тематику, создайте свой вопрос с помощью кнопки, которая находится вверху страницы, или обсудите вопрос с посетителями этой страницы. Последние ответы Uliana200512 29 июн. Наверное так... Луч света падает на зеркало под углом 90 градусов?
Вопросы для самостоятельного контроля
- Причины колебаний в разных системах
- Свободные незатухающие колебания: понятие, описание, примеры
- Презентация на тему: Примеры :
- Явление резонанса — условия, формулы, график
Свободные незатухающие колебания
Если вам понравилось видео, то ставьте лайк и подписывайтесь на колебания могут поддерживаться силой трения, а не затухать? Затухающие колебания — это колебания, амплитуда которых со временем уменьшается из-за внешней силы или трения, в то время как незатухающие колебания продолжаются. Примеры колебаний, изображенные на рисунках: колебания математического маятника, колебания жидкости в U-образной трубке, колебания тела под действием пружин, колебания. В качестве примера рассмотрим колебания тела, подвешенного на невесомой пружине, возникающие после того, как тело отклонили вниз, а затем отпустили (рис. 1.2).
ТЕМА 1.7. Механические колебания
- Незатухающие колебания и их особенности
- § 26. Затухающие колебания. Вынужденные колебания
- 3.1.1. СВОБОДНЫЕ НЕЗАТУХАЮЩИЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ | Электронная библиотека
- Колебания без затухания
- Механические колебания | теория по физике 🧲 колебания и волны
- Что такое незатухающие колебания
Доклад: Свободные незатухающие колебания
Этот колебательный процесс принято называть свободными незатухающими ко-лебаниями. 1й курс. 2й семестр. Лекция 5. 4. Свободные незатухающие колебания. (5.5). Выражение для смещения материальной точки, которое получается из решения этого уравнения, рассмотрим для некоторых частных случаев. Незатухающие колебания. колебания, амплитуд. (Undamped oscillations) колебания, амплитуда которых не убывает со временем, а остается постоянной. Электрические незатухающие колебания в радиотехнике создаются машинами. Выясните, какие это колебания: затухающие или незатухающие. Приведите не упомянуты в пункте примеры колебательных движений.
Свободные механические колебания (незатухающие и затухающие)
Пример №3. Определить частоту колебаний груза, если суммарный путь, который он прошел за 2 секунды под действием силы упругости, составил 1 м. Амплитуда колебаний равна 10 см. Незатухающие колебания создаются такими устройствами, которые сами могут поддерживать свои колебания за счет некоторого постоянного источника энергии. Примеры колебательного движения, маятники. Формулы характеристик периодического колебания.
Затухающие или незатухающие колебания примеры ?
Например, взаимодействие электронов и ядер в атоме может создавать колебания, которые схожи с электромагнитными колебаниями. Эти колебания, называемые квантовыми осцилляциями, имеют квантовую природу и могут быть неустойчивыми, но в некоторых случаях они могут сохраняться в течение длительного времени. Молекулярные колебания В молекулах также могут происходить незатухающие колебания. Например, молекулы газов могут колебаться вокруг равновесных положений, что приводит к появлению молекулярно-вращательных колебаний и колебаний связей между атомами в молекуле. В некоторых случаях эти колебания сохраняются в течение длительного времени и могут быть измерены или использованы в спектроскопии для идентификации веществ. Это лишь некоторые примеры незатухающих колебаний, которые встречаются в различных областях физики и науки о материи. Изучение этих колебаний позволяет лучше понять основные законы природы и использовать их в различных технологиях и приложениях. Физические системы и незатухающие колебания Примером физической системы с незатухающими колебаниями является идеализированный математический маятник, в котором отсутствует сопротивление среды, трение и другие потери энергии.
В такой системе колебания маятника будут происходить бесконечно долго, сохраняя свою амплитуду и частоту. Другим примером системы с незатухающими колебаниями является электрическая колебательная цепь, состоящая из индуктивности катушки , емкости конденсатора и активного элемента, такого как резистор или активное устройство на основе полупроводника. В такой системе электрические колебания будут происходить без потерь энергии, если поддерживать их внешним источником энергии. Особенностью незатухающих колебаний является их постоянство и стабильность, что делает их полезными для ряда приложений. Например, кристаллы, используемые в электронных часах, могут обеспечивать незатухающие колебания с высокой стабильностью, что позволяет точно измерять время. Важно отметить, что в реальных физических системах всегда присутствуют потери энергии из-за трения, сопротивления среды и других факторов.
По катушке электромагнита проходит ток, намагничивая сердечник, который притягивает ножку камертона, поднимая её вверх. Цепь размыкается, и ножка камертона под действием силы тяжести опускается вниз. Цепь замыкается и далее всё повторяется. Электромеханические автоколебательные системы, подобные рассмотренным в технике применяются очень широко. Но есть и чисто механические колебательные устройства, например маятниковые часы. Незатухающие колебания маятника 3, показанных на рисунке часов, происходят за счёт потенциальной энергии поднятой гири 2. Колесо с косыми зубьями 1 жестко скреплено с зубчатым барабаном, через который перекинута цепь с гирей 2. К маятнику 3 приделана перекладина 4 анкер , на концах которой укреплены пластинки 5, изогнутые по окружности с центром на оси маятника 6. Анкер даёт возможность ходовому колесу повернуться только на один зуб за каждые половины периода маятника. Пока зуб ходового колеса соприкасается с изогнутой поверхностью левой или правой пластинки 5, маятник не получает толчка, а лишь слегка тормозится из-за трения. Но в те моменты, когда зуб ходового колеса "чиркает" по торцу пластинки 5, маятник получает толчок в направлении своего движения. Таким образом, маятник совершает незатухающие колебания, так как он сам в определённых положениях даёт возможность ходовому колесу подтолкнуть себя в нужном направлении. Эти толчки и восполняют расход энергии на трение. Период колебаний почти совпадает с периодом собственных колебаний маятника, то есть зависит от его длины.
Можно, например, воздействовать на колебательный контур переменной ЭДС, которая будет периодически увеличивать ток в катушке, и соответственно поддерживать амплитуду напряжения на конденсаторе. Или можно подталкивать маятник, аналогичным путем поддерживая его гармоническое качание. Как известно, величина энергии магнитного поля катушки колебательного контура связана с ее индуктивностью и током следующим соотношением вторая формула — энергия электрического поля конденсатора того же кобательного контура Из первой формулы ясно, что если мы будем периодически увеличивать ток в катушке, воздействуя на контур переменной ЭДС, то увеличивая или уменьшая второй сомножитель в формуле — ток станем периодически пополнять тот контур энергией. Действуя на контур строго в такт его собственным свободным колебаниям, то есть на резонансной частоте, - получим явление электрического резонанса, ведь именно на резонансной частоте колебательная система интенсивне всего поглощает подводимую к ней энергию. А что, если периодически изменять не второй сомножитель не ток или напряжение , а первый, - индуктивность или емкость? В этом случае контур тоже испытает изменение своей энергии. Например, периодически вдвигая и выдвигая сердечник из катушки, или вдвигая и выдвигая из конденсатора диэлектрик , - тоже получим вполне определенное периодическое изменение энергии в контуре. Запишем это положение для единичного изменения индуктивности катушки: Наиболее выразительным эффект раскачки контура получится в том случае, если изменения индуктивности осуществлять точно вовремя. Например, если взять все тот же контур в произвольный момент времени, когда по нему уже течет какой-то ток i, и внести в катушку сердечник, то энергия изменится на такую величину: Теперь пусть свободные колебания происходят в контуре сами, но в момент времени, когда через четверть периода энергия полностью перешла в конденсатор и ток в катушке обратился в ноль, резко вынем сердечник из катушки. Индуктивность вернется к своему исходному состоянию, к первоначальной величине L.
Благодаря чему колеблется синий паук и лист, кто заставляет их вновь и вновь совершать одно и тоже движение? Что произойдет с пауком и листом, если ветер стихнет? Колебания прекратятся. Колебания бывают свободные затухающие , происходящие под действием запаса энергии, полученного от тела, которое возбудило колебания и вынужденные незатухающие , происходящие под действием какой-либо внешней силы. Из списка колебаний 1 вариант выписывает примеры свободных затухающих колебаний, а 2 вариант — примеры вынужденных незатухающих колебаний. Приложение 3. Учащиеся среди приведенных колебаний выписывают по вариантам примеры свободных и вынужденных колебаний, затем меняются информацией, работая в парах. Критерии оценивания предлагают сами:.
Условия возникновения свободных колебаний
- Основные характеристики незатухающих колебаний
- Свободные незатухающие колебания: понятие, описание, примеры
- Могут ли свободные колебания быть незатухающими?...
- 1. МЕХАHИЧЕСКИЕ КОЛЕБАHИЯ
- Затухающие колебания. Вынужденные колебания
Свободные незатухающие колебания
А что, если периодически изменять не второй сомножитель не ток или напряжение , а первый, - индуктивность или емкость? В этом случае контур тоже испытает изменение своей энергии. Например, периодически вдвигая и выдвигая сердечник из катушки, или вдвигая и выдвигая из конденсатора диэлектрик , - тоже получим вполне определенное периодическое изменение энергии в контуре. Запишем это положение для единичного изменения индуктивности катушки: Наиболее выразительным эффект раскачки контура получится в том случае, если изменения индуктивности осуществлять точно вовремя. Например, если взять все тот же контур в произвольный момент времени, когда по нему уже течет какой-то ток i, и внести в катушку сердечник, то энергия изменится на такую величину: Теперь пусть свободные колебания происходят в контуре сами, но в момент времени, когда через четверть периода энергия полностью перешла в конденсатор и ток в катушке обратился в ноль, резко вынем сердечник из катушки. Индуктивность вернется к своему исходному состоянию, к первоначальной величине L. Работы против магнитного поля при выдвигании сердечника затрачивать не придется. Следовательно при вдвигании сердечника в катушку, контур получил энергию, ибо мы совершили работу, величина которой: Через четверть периода конденсатор начинает разряжаться, его энергия снова переходит в энергию магнитного поля катушки. Когда магнитное поле достигнет амплитуды — снова резко вдвинем сердечник.
Опять индуктивность увеличилась, приросла на ту же величину.
Часто этим термином называют сигналы прерывистых колебаний по азбуке Морзе. В зависимости от природы процесса различают К. Все они могут быть периодическими,… … Большая политехническая энциклопедия Колебания — движения изменения состояния , обладающие той или иной степенью повторяемости. При К.
В линейной диссипативной системе при действии на нее внешней силы, изменяющейся по гармоническому закону, В. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации непрерывные колебания — незатухающие колебания — [Я. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы незатухающие колебания EN continuous… … Справочник технического переводчика устойчивые колебания — незатухающие колебания — [Я. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.
На рис. Груз висит на пружине, нижний конец которой погружается при колебаниях этого пружинного маятника в чашечку со ртутью. Один полюс батареи присоединен к пружине наверху, а другой — к чашечке со ртутью. При опускании груза электрическая цепь замыкается и по пружине проходит ток. Витки пружины благодаря магнитному полю тока начинают при этом притягиваться друг к другу, пружина сжимается, и груз получает толчок кверху. Тогда контакт разрывается, витки перестают стягиваться, груз опять опускается вниз, и весь процесс повторяется снова. Таким образом, колебание пружинного маятника, которое само по себе затухало бы, поддерживается периодическими толчками, обусловленными самим колебанием маятника. При каждом толчке батарея отдает порцию энергии, часть которой идет на подъем груза. Система сама управляет действующей на нее силой и регулирует поступление энергии из источника — батареи. Колебания не затухают именно потому, что за каждый период от батареи отбирается как раз столько энергии, сколько расходуется за то же время на трение и другие потери. Что же касается периода этих незатухающих колебаний, то он практически совпадает с периодом собственных колебаний груза на пружине, т. Автоколебания груза на пружине Подобным же образом возникают незатухающие колебания молоточка в электрическом звонке, с той лишь разницей, что в нем периодические толчки создаются отдельным электромагнитом, притягивающим якорек, укрепленный на молоточке. Аналогичным путем можно получить автоколебания со звуковыми частотами, например возбудить незатухающие колебания камертона рис.
Свободные механические колебания (незатухающие и затухающие)
Вот некоторые из примеров таких колебаний: Колебания волны в вакууме: Вакуум является идеальной средой для незатухающих колебаний волн. Электромагнитные волны, такие как свет, могут распространяться в вакууме без какой-либо потери энергии. В этом случае форма и амплитуда волны остаются неизменными с течением времени. Колебания механических систем без сопротивления: В некоторых механических системах, например, в идеализированном математическом маятнике без сопротивления, колебания могут быть незатухающими. В этом случае потери энергии минимизированы, и колебания будут продолжаться бесконечно долго.
Колебания квантовых систем: В квантовой физике существуют некоторые системы, которые могут колебаться незатухающим образом. Например, атомы в определенных квантовых состояниях могут находиться в состоянии перехода между энергетическими уровнями без потери энергии. Эти примеры иллюстрируют, что существуют системы, в которых колебания могут продолжаться бесконечно долго, сохраняя свою форму и амплитуду. Применение в технологиях Незатухающие колебания имеют широкий спектр применения в различных технологиях.
Устройство обратной связи представляет собой некоторый механизм, с помощью которого автоколебательная система регулирует поступление энергии от источника. На рис. Рисунок 2. Функциональная схема автоколебательной системы Примером механической автоколебательной системы может служить часовой механизм с анкерным ходом рис.
Ходовое колесо с косыми зубьями жестко скреплено с зубчатым барабаном, через который перекинута цепочка с гирей. На верхнем конце маятника закреплен анкер якорек с двумя пластинками из твердого материала, изогнутыми по дуге окружности с центром на оси маятника. В ручных часах гиря заменена пружиной, а маятник — балансиром — маховичком, скрепленным со спиральной пружиной.
На «листах заданий» указаны различные виды механического движения. Попытайтесь распределить их на три группы. Приложение 2 Сравните ваши ответы с теми, что получилось у меня: А: паром переплавляется через реку, машина едет по прямой, движение поезда по прямому участку В: на крутом повороте машину «бросает» в кювет, фигурное катание на льду С: качание ветвей деревьев при ветре, движение качелей, движение маятника часов Какие движения представлены в группе А, как вы определили? Какие движения представлены в группе В? Что мы знаем о криволинейном движении? Какое движение вы наблюдаете в третьей группе? Почему трудно определить вид движения?
Какова особенность этого вида движения? Что именно повторяется?
Для их начала системе необходим первоначальный импульс. А в последующем система может вести себя по-разному: как сразу вернуться в состояние равновесия, так и совершать определенное количество колебательных движений. Описанные виды колебаний носят название вынужденных и свободных. Первые совершаются под влиянием внешней силы, а вторые — под влиянием внутренних сил. Под затуханием свободных колебаний принято понимать плавное снижение амплитуды колебаний с течением времени. Главная причина состоит в потере энергии колебательной системой. Условия возникновения свободных колебаний Чтобы возникли свободные колебания, необходимо вывести систему из равновесия, обеспечить при отклонениях действие силы, стремящейся вернуть систему в исходное состояние.
При этом потери в системе должны быть минимальны, поскольку только при соблюдении этого условия возвращающая систему в состояние равновесия энергия будет теряться медленно.
ЗАТУХАЮЩИЕ И НЕЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ
Для характеристики колебательной системы часто употребляется величина, называемая добротностью: которая пропорциональна числу колебаний Nе, совершаемых системой за то время , за которое амплитуда колебаний уменьшается в е раз. Например, для электромагнитного контура при находим:.
Колебательной системой в часах является маятник или балансир.
Источником энергии — поднятая вверх гиря или заведенная пружина. Устройством, с помощью которого осуществляется обратная связь, является анкер, позволяющий ходовому колесу повернуться на один зубец за один полупериод. Обратная связь осуществляется взаимодействием анкера с ходовым колесом.
При каждом колебании маятника зубец ходового колеса толкает анкерную вилку в направлении движения маятника, передавая ему некоторую порцию энергии, которая компенсирует потери энергии на трение. Таким образом, потенциальная энергия гири или закрученной пружины постепенно, отдельными порциями передается маятнику. Механические автоколебательные системы широко распространены в окружающей нас жизни и в технике.
Резонансные явления могут вызвать разрушения в механических системах. Для роторных машин важной характеристикой является критическая скорость — частота вращения вала двигателя, при которой возникает повышенная вибрация из-за совпадения частот вынужденных и собственных колебаний. Амплитуда колебаний при этом повышена, но не бесконечна из-за демпфирования колебаний элементами механической системы. При резонансе происходит изменение фазы на 900 между силой, вызвавшей резонанс, и реакцией системы.
Рисунок 69 — Влияние коэффициента затухания на амплитудно-частотную характеристику системы При низких частотах возбуждения рисунок 69 , амплитуда колебаний почти не изменяется. При совпадении частоты собственных и вынужденных колебаний амплитуда достигает максимального значения, при малом демпфировании. При увеличении демпфирования значение амплитуды снижается. При максимальном демпфировании на частотной характеристике практически нет пика — система сильно демпфирована.
С увеличением частоты возбуждения амплитуда уменьшается. Эти свойства частотных характеристик наблюдаются и на вращающихся системах. Вопросы для самостоятельного контроля Может ли человек работать надёжным виброметром? Зачем используется «мерный клин»?
Какие существуют виды колебательных процессов?
Внутренние силы — те, которые действуют между телами системы. Внешние силы — те, которые действуют на систему со стороны тел, не входящих в нее. Условия возникновения свободных колебаний После того, как тело выводится из положения равновесия в системе, возникает сила, направленная к положению равновесия, ее целью является возвращение тела в положение равновесия. Пример: при перемещении шарика, прикрепленного к пружине, влево и при его перемещении вправо сила упругости направлена к положению равновесия. Трение в системе должно стремиться к нулю, в противном случае колебания быстро затухнут или вовсе не возникнут. Незатухающие колебания возможны лишь при отсутствии трения.
Виды свободных колебаний по физической природе, условия возникновения Механические — колеблется материя: Маятник — твердое тело, совершающее под действием приложенных сил механические колебания около неподвижной точки или оси. Осциллятор — система, показатели которой периодически повторяются по времени.