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. При колебаниях знак заряда на обкладках периодически меняется, следовательно, ключ должен замыкать и размыкать круг с частотой, равной частоте электромагнитных колебаний контура, то есть несколько миллионов в секунду. Такие колебания возникают, когда в системе присутствует сила, противодействующая диссипации энергии. Одним из примеров незатухающих колебаний является колебательный контур: электрическая цепь, состоящая из индуктивности, конденсатора и резистора. Все предметы / Физика / 11 класс. незатухающие ультразвуковые колебания в среде — 3.12 незатухающие ультразвуковые колебания в среде: Сигналы, генерируемые преобразователями электроакустическими при подаче непрерывного возбуждающего электрического сигнала.
Колебания без затухания: что это и как они проявляются
| Что такое незатухающие колебания: обзор и примеры | Незатухающие колебания можно наблюдать в разных физических системах, как механических, так и электрических. Например, в механике это могут быть колебания математического маятника или атмосферных волн, а в электронике – электрические колебания в контуре. |
| Колебания без затухания | Одним из примеров незатухающих колебаний является маятник Фуко, названный в честь французского физика Жан-Бернара Леона Фуко. Маятник Фуко состоит из длинного нитя, на конце которого закреплена маленькая стальная шарик. |
| Решение задач по ТОЭ, ОТЦ, Высшей математике, Физике, Программированию... | Рис. 1. Как известно, в простейшем колебательном контуре, состоящем из идеального конденсатора и идеальной катушки, могут происходить незатухающие гармонические колебания. |
| Механические колебания и волны, теория и онлайн калькуляторы | маятник Механические колебания – это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени. (например, колебание ветки на дереве, маятника часов, автомобиля на рессорах и так далее). |
Свободные колебания
Вредное действие резонанса связано главным образом с разрушением, которое он может вызвать. Так, в технике, учитывая разные вибрации, необходимо предусматривать возможные возникновения резонансных условий, в противном случае могут быть разрушения и катастрофы. Тела обычно имеют несколько собственных частот колебаний и соответственно несколько резонансных частот. Если коэффициент затухания внутренних органов человека был бы не велик, то резонансные явления, возникшие в этих органах под воздействием внешних вибраций или звуковых волн, могли бы привести к трагическим последствиям: разрыву органов, повреждению связок и т. Однако такие явления при умеренных внешних воздействиях практически не наблюдаются, так как коэффициент затухания биологических систем достаточно велик. Тем не менее резонансные явления при действии внешних механических колебаний происходят во внутренних органах. В этом, видимо, одна из причин отрицательного воздействия инфразвуковых колебаний и вибраций на организм человека. Автоколебания Существуют и такие колебательные системы, которые сами регулируют периодическое восполнение растраченной энергии и поэтому могут колебаться длительное время. Незатухающие колебания, существующие в какой-либо системе при отсутствии переменного внешнего воздействия, называются автоколебаниями, а сами системы — автоколебательными. Амплитуда и частота автоколебаний зависят от свойств в самой автоколебательной системе, в отличие от вынужденных колебаний они не определяются внешними воздействиями. Блок-схема автоколебаний Во многих случаях автоколебательные системы можно представить тремя основными элементами рис.
Механическим или упругими волнами называют механические возмущения, которые распространяются в упругой среде. В зависимости от направления колебаний частиц говорят о поляризации волны: механические волны делят на продольные и поперечные. В продольных волнах частицы вещества совершают колебания в том же направлении, в котором распространяется волна. В поперечных волнах колебания частиц идут в плоскостях перпендикулярных к направлению, движения волны. Продольные волны возможны в любых телах твердых, жидкостях, газах. Поперечные волны распространяются только в средах, где возможны деформации сдвига. Это твердые тела.
Уравнение гармонической волны Основной задаче в изучении волн является установление закона изменения во времени и пространстве физических величин, которые однозначно характеризуют движение волны. Самым простым видом волн являются гармонические волны.
В таком случае свободные колебания являются незатухающими. Свободные незатухающие колебания, которые происходят под воздействием упругих сил, являются гармоническими. Определение Колебания называются гармоническими, если изменения физической величины, характеризующей колебательный процесс, заданы законом синуса или косинуса. Особенностью волнового процесса является то, что при движении волны частицы среды не перемещаются вместе с волной, они колеблются около своих положений равновесия. С волной среде передаются только состояния колебательного движения, энергия и импульс.
Волна может переносить энергию, при этом ее называют бегущей. Механическим или упругими волнами называют механические возмущения, которые распространяются в упругой среде. В зависимости от направления колебаний частиц говорят о поляризации волны: механические волны делят на продольные и поперечные. В продольных волнах частицы вещества совершают колебания в том же направлении, в котором распространяется волна.
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. При этом колебания будут затухающими. Затухающие колебания — колебания, происходящие в незамкнутой системе, в том числе под действием силы трения.
Урок физики в 9 классе «МЕХАНИЧЕСКИЕ
- Вынужденные колебания — урок. Физика, 9 класс.
- 3.1.1. СВОБОДНЫЕ НЕЗАТУХАЮЩИЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ
- Содержание
- Механические колебания | теория по физике 🧲 колебания и волны
§ 30. Незатухающие колебания. Автоколебательные системы
| Основные характеристики гармонических колебаний | Графики зависимостей от времени t физических величин, характеризующих электромагнитных колебаний в LC – контуре, аналогичны графикам для механических колебаний (см. Рисунок 1.2). |
| Незатухающие колебания. Автоколебания | Часто используемой характеристикой колебательных систем является так называемая добротность Q. Для её определения можно опираться как на свойства осциллятора при его свободных затухающих колебаниях, так и при вынужденных незатухающих. |
| Физика. 11 класс | это наибольшее смещение из положения равновесия. Период T - это промежуток времени, в течение которого точка выполняет одно полное колебание. Частота колебаний - это число полных колебаний в единицу времени t. |
Незатухающие колебания: суть и принципы работы
Однако эти колебания не являются автоколебаниями, так как они не удовлетворяют условиям асимптотической орбитальной устойчивости. Если это условие не соблюдается, то на выходе линейной части имеются еще незатухающие свободные колебания , и она при этом не может считаться фильтром. Линейные системы, характеристические уравнения которых имеют пару мнимых корней, могут совершать незатухающие свободные колебания. При свободных колебаниях в системе всегда действуют силы, стремящиеся возвратить систему в положение равновесия. Если система консервативна 1.
В этом случае свободные колебания называются незатухающими: Незатухающие свободные колебания в системе возможны лишь при отсутствии трения и любых других сил сопротивления.
Период зависит от жесткости стержня на кручение. Маятник Максвелла Маятник Максвелла состоит из стержня, подвешенного на нитях. Он демонстрирует механический аналог молекулярного хаоса при определенной частоте внешнего воздействия. Получение незатухающих колебаний Существует несколько способов получения незатухающих колебаний в осцилляторах. Рассмотрим их подробнее.
Автоколебания При автоколебаниях энергия поступает от внешнего источника и пополняет потери осциллятора за счет обратной связи. Пример - маятниковые часы. Параметрический резонанс При параметрическом резонансе параметр осциллятора периодически изменяется, вызывая рост амплитуды колебаний. Вынужденные колебания Вынужденные колебания возникают под действием внешней периодической силы, компенсирующей потери энергии. Автоколебания Автоколебания обеспечивают поддержание незатухающих колебаний за счет обратной связи в системе. Рассмотрим несколько примеров автоколебательных систем.
Маятниковые часы В маятниковых часах маятник связан через кинематическую цепь с заводным механизмом. При опускании маятника он получает импульс энергии от пружины, компенсирующий потери. Генератор на электронной лампе В электронных генераторах лампа усиливает колебания контура, восполняя омические потери в нем. Лазер В лазере обратная связь оптического резонатора поддерживает когерентное излучение активной среды. Параметрический резонанс При параметрическом резонансе параметр системы жесткость, емкость меняется периодически. Это приводит к накачке энергии в колебательную систему.
Параметрический резонанс в механических системах Если периодически изменять длину маятника или жесткость пружины, можно поддерживать рост амплитуды колебаний. Параметрический резонанс в электрических цепях При модуляции емкости конденсатора в контуре возникает параметрический резонанс. Вынужденные колебания Вынужденные колебания возникают в осцилляторе под действием внешней периодической силы. Пример - действие переменного тока на якорь в звонке. Практическое применение незатухающих колебаний Незатухающие колебания широко используются в различных областях науки и техники.
Квантовые колебания: в квантовой механике также существуют незатухающие колебания. Они проявляются в форме квантовых осцилляторов и играют роль в квантовой оптике и квантовых вычислениях. Таким образом, незатухающие колебания являются основой для различных физических явлений и имеют множество приложений в науке и технике. Примеры незатухающих колебаний в природе Незатухающие колебания являются фундаментальными явлениями в природе и наблюдаются во многих различных системах. Вот несколько примеров: Атомы и молекулы: Незатухающие колебания можно наблюдать на микроскопическом уровне в атомах и молекулах. Атомы могут колебаться вокруг своего равновесия, а молекулы могут вращаться или колебаться на своих химических связях. Квантовые системы: В квантовой физике существуют различные системы, в которых незатухающие колебания играют важную роль. Например, электроны в атомах могут находиться в так называемом «стационарном состоянии», где они колеблются между различными энергетическими уровнями. Колебания в электрических цепях: В электрических цепях можно наблюдать незатухающие колебания. Например, в колебательных контурах, состоящих из индуктивности, емкости и резистора, энергия может переходить между индуктивностью и емкостью, что приводит к незатухающим электрическим колебаниям. Маятники: Маятники, такие как маятники Фуко или маятники наручных часов, также проявляют незатухающие колебания. При правильной настройке и минимальном воздействии внешних сил, маятники могут колебаться в течение длительного времени. Волны в океане: Некоторые волны в океане, такие как приливы или цунами, также проявляют незатухающие колебания. Это вызвано постоянной энергией, поступающей от сил приливов или землетрясений, которая поддерживает колебания волны на длительное время.
Вынужденные колебания являются незатухающими. Поэтому необходимо восполнять потери энергии за каждый период колебаний. Вынужденные колебания совершаются с частотой, равной частоте изменения внешней силы. Явление резонанса учитывается в акустике, радиотехнике и технике. В строительстве, например, при сооружении мостов и других сооружений, которые подвержены механическим колебаниям и действию внешней силы. Существует несколько колебательных систем — математический маятник шарик на тонкой длинной нити и пружинный маятник тело на пружине. Самый простой вид колебательного движения — гармонические колебания, при которых физическая величина периодически изменяется со временем по закону синуса или косинуса рис.
Колебания, которые не затухают
- Свободные незатухающие колебания.
- Колебания без потери энергии
- Сущность и принцип образования
- Вынужденные колебания — урок. Физика, 9 класс.
Колебания без затухания
Рассматриваются основные понятия, связанные с колебаниями, их математическое описание. Подробно разбираются механические и электрические колебательные системы, способы получения незатухающих колебаний. Амплитуда свободных колебаний определяется начальными условиями, т. е. тем начальным отклонением или толчком, который приведет в движение маятник или груз на пружине. Свободные колебания являются самым простым видом колебаний. 20. Дифференциальное уравнение колебаний физического маятника., где J момент инерции маятника относительно оси, перпендикулярной плоскости качания и проходящей через точку подвеса, расстояние между точкой подвеса и центром масс маятника.
Незатухающие колебания
Что такое гармонические колебания в физике. Гармонические колебания и их характеристики изучает отдельный раздел физики. При колебаниях знак заряда на обкладках периодически меняется, следовательно, ключ должен замыкать и размыкать круг с частотой, равной частоте электромагнитных колебаний контура, то есть несколько миллионов в секунду. Определение незатухающих колебаний. Возбуждение незатухающих электрических колебаний. Полупроводниковые генераторы электрических колебаний. Статьи по физике с иллюстрациями от экспертов Студворк.
Что такое свободные колебания
- Незатухающие колебания: определение, принцип действия и примеры
- Основные характеристики
- 3.1.1. СВОБОДНЫЕ НЕЗАТУХАЮЩИЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ
- Свободные и вынужденные колебания в физике - формулы и определения с примерами
- Свободные колебания: определение и примеры
Виды колебаний
| Ответы : Затухающие и незатухающие колебания. | 11 классов, вы открыли нужную страницу. |
| Свободные незатухающие колебания: понятие, описание, примеры | 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. |
Колебания, которые не затухают: принципы и примеры
Примеры устройств с незатухающими колебаниями: Кварцевые часы Лазеры Кварцевые резонаторы Важным свойством незатухающих колебаний является их частота, которая остается постоянной. Это связано с тем, что энергия, поддерживающая колебания, не теряется со временем. Незатухающие колебания играют важную роль в различных технических искусствах и науках. Они используются в осциллографах, радиолокационных системах, а также в науке и инженерии для точных измерений и стабильного функционирования различных устройств. Как работают незатухающие колебания? Основной принцип работы незатухающих колебаний состоит в поддержании постоянной энергии в системе, которая обеспечивает постоянную амплитуду колебаний. Энергия может поступать в систему извне или оставаться в ней без потерь. Примером незатухающих колебаний является маятник, который можно рассматривать как математический осциллятор.
При каждом толчке батарея отдаёт порцию энергии, часть которой идёт на подъём груза. А в самой батарее энергия появляется за счёт химической реакции. Система сама управляет действующей на неё силой и сама регулирует поступление энергии от источника. Колебания не затухают потому, что за каждый период батарея отдаёт столько энергии, сколько расходуется системой за то же время на трение и другие потери.
Период таких колебаний практически совпадает с периодом собственных колебаний груза на пружине, то есть определяется жёсткостью пружины и массой груза. Подобным же образом поддерживаются незатухающие колебания молоточка в электрическом звонке, питающимся от сети через понижающий трансформатор. Здесь периодические толчки создаются электромагнитом, притягивающим якорёк, укреплённый на молоточке. Якорь притягивается, и боёк, связанный с ним, ударяет по чашечке звонка.
При притягивании якоря между ним и винтом 3 образуется зазор, ток прерывается, электромагнит обесточивается, и якорь силой пружины 4 возвращается в исходное положение. Цепь электромагнита при этом снова замыкается, и боёк ещё раз ударяет по чашечке. Так периодически повторяется работа звонка, пока кнопка К нажата. Аналогично можно получить автоколебания со звуковыми частотами, возбудив незатухающие колебания камертона, если между ножками камертона поместить электромагнит 2.
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.
Это позволяет контуру колебаться с постоянной амплитудой и частотой. Незатухающие колебания имеют важное практическое применение, например, в резонансных контурах радиосистем, где частота колебаний остается постоянной, что позволяет эффективно передавать или принимать сигналы. Основные понятия и принципы Возникновение незатухающих колебаний обусловлено соблюдением определенных принципов и законов физики.
Для поддержания постоянной амплитуды и частоты колебаний необходимо, чтобы энергия системы постоянно перекачивалась из одной формы в другую, компенсируя потери энергии из-за сил трения или сопротивления среды. 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.
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. При малых потерях энергии колебания можно считать периодическими и пользоваться такими понятиями, как период и частота колебаний, считая периодом промежуток времени между двумя последовательными максимумами смещения х t рис. Колебания в любой реальной системе рано или поздно затухают. Чтобы колебания не затухали, необходимо воздействие внешней силы. Однако не всякая внешняя сила заставляет систему двигаться периодически. Например, невозможно раскачать качели, если действовать на них постоянной силой. Проведем следующий эксперимент.
Незатухающие колебания. Автоколебания
Если сопротивление контура очень большой, колебания вообще могут и не возникнуть — конденсатор разрядится, а зарядки не произойдет. Чтобы колебания не затухали, необходимо пополнять энергию контура, заряжая конденсатор от источника постоянного тока. Но если источник будет все время подключен к конденсатора, то конденсатор только будет обмениваться энергией с источником. Чтобы этого не происходило, контур может быть подключен к источнику только в те моменты, когда обкладка конденсатора присоединена к положительному полюсу источника тока, заряжена положительно. При колебаниях знак заряда на обкладках периодически меняется, следовательно, ключ должен замыкать и размыкать круг с частотой, равной частоте электромагнитных колебаний контура, то есть несколько миллионов в секунду.
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.
Поэтому незатухающие колебания являются идеализированной моделью, которая помогает понять и изучить основные принципы и свойства колебательных систем. Математическое описание незатухающих колебаний Математическое описание незатухающих колебаний включает использование дифференциальных уравнений и комплексных чисел. Один из наиболее распространенных подходов — использование гармонических функций. В случае незатухающих колебаний, гармоническая функция описывает изменение амплитуды и фазы колебаний во времени. Примерами систем, демонстрирующих незатухающие колебания, являются маятники, электрические контуры с индуктивностью и емкостью, а также атомы в молекулярных соединениях. Приложения незатухающих колебаний в науке и технике Незатухающие колебания имеют широкий спектр приложений в различных областях науки и техники. Ниже перечислены некоторые примеры таких приложений: 1.
Электроника и схемотехника. В электронике и схемотехнике незатухающие колебания широко используются для создания стабильных частотных генераторов. Они играют важную роль в радиосвязи, телекоммуникациях и других областях, где требуется точная и стабильная генерация сигналов. Физика и астрономия.
Сложение гармонических колебаний одного направления равных и близких частот. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний равных и кратных частот. Энергия и импульс гармонического осциллятора. Фазовая траектория.
Такие колебания называются гармоническими. Движение маятника от т. В и обратно до т. А называется полным колебанием. Время, за которое маятник совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний см. Если маятник совершил за 4 секунды 8 полных колебаний, то его период равен 0,5 с. Величину, обратную периоду, называют частотой колебаний. Единица частоты 1 герц Гц. Если частота колебаний 5 Гц, то это означает, что за 1 секунду совершается 5 полных колебаний. Период колебаний математического и пружинного маятников зависит от характеристик этих систем. Основной задачей механики является определение положения тела, то есть его координаты, в любой момент времени. Эта задача может быть решена, если известно уравнение, выражающее зависимость координаты тела от времени. При выведении маятника из положения равновесия ему сообщают потенциальную энергию. За счет этой энергии происходит движение маятника к положению равновесия. В процессе движения потенциальная энергия переходит в кинетическую. В положении равновесия потенциальная энергия маятника равна нулю, а его кинетическая энергия максимальна. При движении маятника влево кинетическая энергия переходит в потенциальную; в крайнем левом положении кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная — максимальна. В отсутствие трения полная механическая энергия маятника сохраняется. При наличии сопротивления воздуха сообщенная маятнику энергия расходуется на совершение работы против силы трения, энергия маятника постоянно уменьшается, и колебания со временем прекращаются. Говорят, что они затухают. Таким образом, реальные свободные колебания маятника всегда затухающие. Для получения незатухающих колебаний необходимо компенсировать потери энергии. Это можно сделать, действуя на маятник с некоторой периодической силой. В этом случае колебания происходят под действием внешней силы и становятся вынужденными. Работа этой силы и восполняет потери энергии, вызванные трением.
Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс. Превращение энергии …
В идеальных условиях, без учета сопротивления воздуха и трений, колебания маятника будут незатухающими. Еще одним примером незатухающих колебаний является колебательный контур. Колебательный контур состоит из индуктивности, емкости и сопротивления. Формула (1) справедлива для упругих колебаний в пределах, в которых выполняется закон Гука (при малой массе пружины в сравнении с массой тела). это длина такого математического маятника, период колебаний которого равен периоду колебаний данного физического маятника. Одним из примеров незатухающих колебаний является маятник Фуко, названный в честь французского физика Жан-Бернара Леона Фуко. Маятник Фуко состоит из длинного нитя, на конце которого закреплена маленькая стальная шарик. Где быстрее прекратятся колебания маятника — в воздухе или в воде? Почему? (Начальный запас энергии в обоих случаях одинаков.) Могут ли свободные колебания быть незатухающими? 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.