Но при этом такие признаки как период и амплитуда нуждаются в переопределении, а прочие требуют дополнения и уточнения, если сравнивать их с аналогичными признаками собственных незатухающих колебаний. Общие характеристики затухающих колебаний. Незатухающие колебания — это физический процесс, при котором система колеблется без потерь энергии. Это явление стало одним из наиболее важных в физике, так как оно описывает множество естественных и технических систем. незатухающие ультразвуковые колебания в среде — 3.12 незатухающие ультразвуковые колебания в среде: Сигналы, генерируемые преобразователями электроакустическими при подаче непрерывного возбуждающего электрического сигнала.
Свободные колебания
Они образуются при выполнении определенных условий. Для возникновения незатухающих колебаний необходимо: Создать систему, способную накапливать и сохранять энергию. Это может быть механическая система с эластичными элементами, электрическая цепь с конденсаторами и катушками индуктивности, акустическая среда с вибрирующими частицами и другие. Приложить начальное возмущение. Систему нужно вывести из равновесия, чтобы она начала колебаться. Это может быть смещение элементов системы относительно равновесного положения или приложение начальной скорости. Обеспечить отсутствие энергетических потерь.
А потенциальная энергия тела, колеблющегося на пружине, определяется формулой: Потенциальная энергия будет равна 0 только в том случае, если в данный момент времени координата тела равна 0 оно находится в положении равновесия. Следовательно, кинетическая энергия груза в момент времени 0,50 с будет максимальна, если координата тела в это время равна 0. В соответствии с данными таблицы, это действительно так. Следовательно, утверждение 2 верно. Проверяем истинность утверждения 3, согласно которому модуль силы, с которой пружина действует на груз, в момент времени 1,00 с меньше, чем в момент времени 0,25 с. Запишем закон Гука: В момент времени 1,00 с координата груза равна —3 см.
Так как в данных вычислениях нам нужно лишь сравнить 2 модуля силы, не будем переводить единицы измерения в СИ — для сравнения достаточно, чтобы единицы изменения были одинаковыми. Следовательно, модуль силы упругости в момент времени 1,00 равен: В момент времени 0,25 с координата груза равна 2,1 см. Следовательно, сила упругости равна: Видно, 3k больше 2,1k. Следовательно, утверждение 3 неверно. Проверим истинность утверждения 4, согласно которому период колебаний груза равен 1 с. Одно полное колебание груз совершает, когда оно возвращается в прежнее положение, пройдя все 4 фазы колебания.
Следовательно, если груз начал движение, имея координату 3,0, равную максимальному отклонению от положения равновесия, то периодом будет время, которое ему потребуется для того, чтобы преодолеть положение равновесия, отклониться на максимальное расстояние в обратном положении и вернуться в исходное положение, проходя через точку равновесия. По таблице видно, что половину колебательного движения груз совершил в момент времени 1,00 с, когда он отклонился на максимальное расстояние в противоположную сторону. Следовательно, столько же времени потребуется грузу, чтобы вернуться в исходное положение. Всего время 1 полного колебания, или период колебаний, составит 2 с. Следовательно, утверждение 4 неверно.
В любом промежуточном значении маятника сумма кинетической и потенциальной энергии будет равна начальной энергии рассматриваемого маятника.
Такая ситуация является абстракцией. Система маятников не является замкнутой по причине наличия силы трения. Действие этой силы способствует энергетическим потерям во время колебательных движений маятника. В первом случае, это окружающий воздух или другая среда. Внутренняя сила может быть в подвесе маятника. В итоге это приведет к полной остановке маятника.
Англо русский энергетический словарь. 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.
Колебания, которые не затухают: принципы и примеры
Незатухающие колебания – это явление в физике, при котором колебания системы сохраняются со временем, не затухая. Они могут возникать в различных объектах. Распространенными примерами затухающих колебаний являются качающийся маятник, цепь RLC или груз на пружине и т.д. Что такое Незатухающее колебание? Когда амплитуда колебаний остается неизменной со временем, это называется незатухающими колебаниями. Примеры колебаний, изображенные на рисунках: колебания математического маятника, колебания жидкости в U-образной трубке, колебания тела под действием пружин, колебания натянутой струны. Условия возникновения механических колебаний. Из множества видов периодических процессов в физике выделяют ме-ханические и электромагнитные колебания, играющие большую роль в технике и в жизнедеятельности человека.
Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс. Превращение энергии …
В этой статье вы узнаете, что такое незатухающие колебания, как они описываются дифференциальным уравнением, какие примеры незатухающих колебаний существуют в механике, что такое гармонические колебания и их спектр. формулы и определения с примерами. Примеры решения задач. Задача № 1. Шарик на нити совершил 60 колебаний за 2 мин. Определите период и частоту колебаний шарика. Подробная теория про вынужденные колебания и резонанс в физике. Формулы и примеры решений. Вынужденные колебания – это колебания, происходящие под действием. Свободные колебания могут быть незатухающими только при отсутствии силы трения. Поэтому незатухающие колебания можно получить только при условии, что эти потери энергии восполняются. Такое восполнение автоматически осуществляется в автоколебательных системах за счет энергии из внешнего источника.
Физика. 11 класс
Электромагнитные незатухающие колебания используются чрезвычайно широко. Для их получения применяются различные генераторы. Чтобы сделать электрические или механические колебания колебательного контура или маятника незатухающими, необходимо все время компенсировать потери на сопротивление или на трение. 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.
Принцип сохранения энергии играет важную роль в возникновении незатухающих колебаний. Суть этого принципа заключается в том, что в замкнутой системе энергия сохраняется, то есть не создается и не уничтожается, а только переходит из одной формы в другую. Также для возникновения незатухающих колебаний важно обеспечить отсутствие внешних сил, которые могут привести к изменению частоты или амплитуды колебаний. В идеальных условиях, когда не действуют внешние факторы, система будет колебаться с постоянной амплитудой и частотой. Основные понятия, такие как амплитуда, частота, период и фаза колебаний, играют важную роль в описании незатухающих колебаний. Амплитуда представляет собой максимальное отклонение от положения равновесия, частота — количество колебаний в единицу времени, период — время, за которое происходит одно полное колебание, а фаза — текущая фаза колебаний в определенный момент времени. В целом, понимание основных принципов и понятий, связанных с незатухающими колебаниями, помогает лучше понять и объяснить их возникновение и свойства в различных физических системах.
Под затуханием свободных колебаний принято понимать плавное снижение амплитуды колебаний с течением времени. Главная причина состоит в потере энергии колебательной системой.
Все свободные колебания затухают. Условия возникновения свободных колебаний: При выведении тела из положения равновесия в системе должна возникнуть сила, стремящаяся вернуть его в положение равновесия; Силы трения в системе должны быть очень малы то есть стремиться к нулю. В реальных колебательных системах всегда происходят потери энергии при свободных колебаниях. Механическая энергия расходуется на совершение работы по преодолению сил сопротивления воздуха. Под влиянием силы трения происходит уменьшение амплитуды колебаний, затем колебания прекращаются. Колебания, энергия которых уменьшается с течением времени за счет действия сил сопротивления, называются затухающими. Вынужденные колебания являются незатухающими.
§ 30. Незатухающие колебания. Автоколебательные системы
Примеры колебаний, изображенные на рисунках: колебания математического маятника, колебания жидкости в U-образной трубке, колебания тела под действием пружин, колебания натянутой струны. Условия возникновения механических колебаний. Другим примером могут быть электромагнитные колебания в контуре, где совокупность конденсатора и катушки индуктивности позволяет создать незатухающие колебания при правильной настройке. вынужденные, они совеpшаются под действием внешней, пеpиодически действующей силы. Простейшим видом колебаний являются гармонические. Для получения незатухающих колебаний необходимо компенсировать потери энергии. формулы и определения с примерами. формулы и определения с примерами.
Причины затухания свободных колебаний
Незатухающими колебаниями могут быть только те, которые совершаются под действием периодической внешней силы (вынужденные колебания). Так, ветка будет раскачиваться до тех пор, пока дует ветер. Когда он перестанет дуть, колебания ветки со временем затухнут. В этом случае свободные колебания называются незатухающими. Незатухающие свободные колебания в системе возможны лишь при отсутствии трения и любых других сил сопротивления. Очевидно, что незатухающие колебания представляют идеализированный случай колебаний. Самым простым видом колебаний являются свободные незатухающие колебания. О них подробнее мы говорили на предыдущих занятиях. Давайте поговорим о некоторых характерных особенностях затухающих колебаний и вынужденных колебаний. Уравнение и характеристики механических свободных (затухающих и незатухающих) и вынужденных колебаний. Свободными (собственными) колебаниями называют такие, которые совершаются без внешних воздействий за счет первоначально полученной телом энергии. колебания, происходящие под действием внешней периодически изменяющейся силы. Эта сила будет называться вынуждающей силой, а колебания будут незатухающие. Самый яркий пример вынужденных колебаний.
Свободные незатухающие колебания.
Поэтому незатухающие колебания можно получить только при условии, что эти потери энергии восполняются. Такое восполнение автоматически осуществляется в автоколебательных системах за счет энергии из внешнего источника. Электромагнитные незатухающие колебания используются чрезвычайно широко. Для их получения применяются различные генераторы. Чтобы сделать электрические или механические колебания колебательного контура или маятника незатухающими, необходимо все время компенсировать потери на сопротивление или на трение. 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 отличие от простых математических маятников, колебания маятника Максвелла не затухают с течением времени. Этот эффект достигается за счет особого подвешивания шаров и специальной конструкции системы. Сверхпроводящие магниты Другим примером незатухающих колебаний являются колебания электромагнитного поля внутри сверхпроводящих магнитов. Когда сверхпроводящий материал охлаждается до определенной температуры, он становится суперпроводником, то есть потери энергии при прохождении электрического тока через него равны нулю. Из-за этого колебания магнитного поля внутри такого магнита не затухают, а могут поддерживаться в течение длительного времени. Это свойство сверхпроводящих магнитов применяется, например, в медицинских устройствах для создания сильных магнитных полей. Колебательные контуры в электронике В электронике незатухающие колебания можно наблюдать в колебательных контурах, состоящих из индуктивности катушки , ёмкости и активного элемента например, транзистора. При наличии обратной связи и правильных параметрах компонентов колебания в контуре могут не затухать и поддерживаться на определенной частоте. Это свойство используется в различных устройствах, включая осцилляторы, генераторы сигналов, а также радиопередатчики и радиоприемники.
Оцените статью.
При каких условиях механические колебания не затухают? Можно ли добиться увеличения амплитуды колебаний, используя внешнее воздействие? Силы взаимодействия тел системы называют внутренними. Тела, не входящие в систему, называются внешними телами. Силы, которые действуют на тела системы со стороны внешних тел, называют внешними силами. Колебания, происходящие с постоянной во времени амплитудой, называются незатухающими колебаниями рис. Незатухающие колебания, которые совершает система около положения устойчивого равновесия под действием внутренних сил после того, как она была выведена из состояния равновесия и предоставлена самой себе, называются свободными собственными колебаниями.
Свободные колебания в отсутствие трения происходят со строго определенной частотой , называемой частотой свободных собственных колебаний системы. Эта частота зависит только от параметров системы Примерами таких колебаний могут служить колебания математического и пружинного маятников, происходящие в отсутствие сил трения. Амплитуда свободных колебаний определяется начальными условиями, т. Свободные колебания являются самым простым видом колебаний. В любой реальной колебательной системе всегда присутствуют силы трения сопротивления , поэтому механическая энергия системы с течением времени уменьшается, переходя во внутреннюю энергию. Убыль механической энергии приводит к уменьшению амплитуды колебаний. Колебания, амплитуда которых уменьшается с течением времени вследствие потери энергии колебательной системой, называются затухающими колебаниями рис.
Например: при колебательном движении маятника изменяется координата его центра масс, в случае переменного тока колеблются напряжение и ток в цепи. Физическая природа колебаний может быть различной: бывают механические, электромагнитные и другие колебания.
Но все колебательные процессы описываются одинаковыми характеристиками и одинаковыми уравнениями.
Устройство для создания незатухающих колебаний
При этом заметим, что колебания, встречающиеся в технике, имеют характер близкий к гармоническому, а различные сложные процессы можно представить как совокупность гармонических колебаний. §1.2 Гармонические электромагнитные колебания. тела массы m, которое может совершать колебания под действием силы тяжести (инерции) вокруг горизон-тальной оси, не проходящей через центр масс тела. Определение незатухающих колебаний. Возбуждение незатухающих электрических колебаний. Полупроводниковые генераторы электрических колебаний. Статьи по физике с иллюстрациями от экспертов Студворк. Другим примером могут быть электромагнитные колебания в контуре, где совокупность конденсатора и катушки индуктивности позволяет создать незатухающие колебания при правильной настройке. колебания, амплитуда которых со временем не изменяется, силы трения и сопротивления отсутствуют. Пример: сердце. Примеры решения задач. Задача № 1. Шарик на нити совершил 60 колебаний за 2 мин. Определите период и частоту колебаний шарика.