Kakšno je naravno nihanje? Pomen

Lastna nihanja so procesi, ki se odlikujejo z določeno ponovljivostjo. Na primer, vključujejo gibanje uteži nihala, kitarskega niza, nastavitev vilic, dejavnost srca.

Mehanske oscilacije

Zaradi fizične narave so lahko naravna nihanja mehanska, elektromagnetna, elektromehanska. Naj bolj podrobno razmislimo o prvem procesu. Lastna nihanja se pojavijo, ko ni dodatnih trenja, zunanjih sil ni. Pri takih gibanjih je frekvenca odvisna le od značilnosti danega sistema.

Harmonski procesi

Ta naravna nihanja prevzamejo spremembo nihanja vrednosti po zakonu kosinusa (sine). Analiziramo najpreprostejšo obliko oscilatornega sistema, sestavljenega iz kroglice, ki je obešena na vzmet.

V tem primeru gravitacijska sila uravnava elastičnost vzmeti. V skladu s Hookovim zakonom obstaja neposredna zveza med njenim iztegnjenjem spomladi in silo, ki se uporablja za telo.

Lastnosti elastične sile

Lastne elektromagnetne oscilacije v vezju so povezane z velikostjo učinka na sistem. Sila elastičnosti, ki je proporcionalna premiku krogle iz ravnovesnega položaja, je usmerjena v stanje ravnotežja. Premikanje žoge pod njegovim vplivom lahko opišemo s kosinusnim zakonom.

Čas naravnih nihanj bo matematično določen.

V primeru vzmetnega nihala je razvidna odvisnost od togosti in tudi mase tovora. Obdobje naravnih nihanj v tem primeru se lahko izračuna po formuli.

Energija s harmoničnim nihanjem

Vrednost je konstantna v primeru, da ni sile trenja.

Ker pride do oscilacijskega gibanja, se kinetična energija redno pretvori v potencialno količino.

Opušcena oscilacija

Lastne elektromagnetne oscilacije se lahko pojavijo v primeru, ko na sistem ne vplivajo zunanje sile. Trenje prispeva k dušenju nihanj, njihova amplituda se zmanjša.

Frekvenca naravnih nihanj v oscilacijskem vezju je povezana z lastnostmi sistema, pa tudi z intenzivnostjo izgub.

Ker se koeficient oslabitve poveča, opazimo povečanje obdobja oscilacijskega gibanja.

Razmerje med amplitudami, ki so ločene z intervalom, enakim enemu obdobju, je konstanta v celotnem procesu. Ta odnos se imenuje razpadanje dekretiranja.

Lastne nihanja v oscilacijskem krogu so opisane s sinusom (kosinusi).

Oscilacijsko obdobje je namišljena količina. Premik ima aperiodičen značaj. Sistem, ki oddaja iz ravnovesnega položaja brez dodatnih nihanj, se vrne v prvotno stanje. Način, da se sistem vzpostavi v ravnovesno stanje, je določen z začetnimi pogoji.

Resonanca

Obdobje naravnih nihanj tokokroga je določeno s harmonskim zakonom. Prisilna nihanja se pojavijo v sistemu pod vplivom periodično spreminjajoče se sile. Pri sestavljanju enačbe gibanja Upoštevajte, da poleg prisilnega učinka obstajajo tudi takšne sile, ki delujejo pod prostimi oscilacijami: srednji upor, kvazi-elastična sila.

Resonanca je močno povečanje amplitude prisilnih nihanj, ko pogostost pogonske sile nagiba na naravno frekvenco telesa. Vse nihanja, ki se pojavijo v tem primeru, se imenujejo resonančna.

Za določitev razmerja med amplitudo in zunanjo silo za prisilno nihanje lahko uporabimo poskusno nastavitev. S počasnim vrtenjem ročice ročice se tovor giblje vzmeti navzdol in navzgor, podobno kot pri točki vzmetenja.

Lastne elektromagnetne oscilacije v oscilacijskem krogu lahko tudi izračunajo preostale fizikalne parametre sistema.

V primeru hitrejše vrtenja se oscilacije povečajo in pri frekvenci vrtenja, ki je enaka samemu sebi, se doseže največja vrednost amplitude. Z nadaljnjo rastjo hitrosti vrtenja se amplituda prisilnih nihanj analiziranega tovora znova zmanjša.

Resonančna značilnost

Z nepomembnim gibom ročaja, obremenitev skoraj ne spremeni svojega položaja. Vzrok vztrajnosti vzmetnega nihala, ki nima časa pod vplivom zunanje sile, je torej opaziti le "tresenje na mestu".

Naravna frekvenca oscilacij v tokokrogu bo ustrezala močnemu povečanju amplitude frekvence zunanjega delovanja.

Graf takega pojava se imenuje resonančna krivulja. Prav tako je mogoče upoštevati nihalno nihalo. Če visite ogromno kroglo na stojalu, pa tudi številne svetlobne nihalke z različnimi dolžinami navoja.

Vsaka od teh nihal ima svojo frekvenco nihanja, ki jo je mogoče določiti s pospeševanjem teže, dolžino žarilne nitke.

Če se krogla odstrani iz ravnotežnega stanja in pusti svetlobno nihalo brez gibanja, ga pustite, njene gugalnice pa bodo povzročile periodično upogibanje palice. To bo povzročilo učinek periodično spreminjajoče se elastične sile na svetlobne nihalke in povzročila prisilne nihanje. Postopoma bodo imeli enako amplitudo, kar bo resonanca.

Ta pojav se lahko vidi tudi pri metronomu, katerega osnova je povezana z nitjo na os nihala. V tem primeru se bo vrtela z največjo amplitudo, nato pa frekvenca nihala "vleče" niz ustreza frekvenci njegovih prostih nihanj.

Resonanca se pojavi v primeru, ko zunanja sila, ki deluje v času s prostimi nihanji, opravlja delo s pozitivno vrednostjo. To vodi v povečanje amplitude oscilatornega gibanja.

Poleg pozitivnega učinka, pojav resonance pogosto opravlja negativno funkcijo. Če na primer stresamo zvonec, je pomembno, da zvok uživa vrv v enem koraku s prostimi vibracijskimi gibi jezika.

Uporaba resonance

Pri rezonanci temelji delo merilnika frekvence. Naprava je predstavljena v obliki elastičnih plošč različnih dolžin, pritrjenih na en skupni osnovi.

V primeru stika števca frekvence z nihajočim sistemom, v katerem je potrebno določiti frekvenco, se plošča, katere frekvenca je enaka izmerjeni, oscilira z največjo amplitudo. Ko se platina začne resonančno, je mogoče izračunati frekvenco oscilacijskega sistema.

V osemnajstem stoletju, nedaleč od francoskega mesta Angers, se je vzdolž verižnega mostu gibal vojak, ki je bil dolg 102 metrov. Frekvenca njihovih korakov je prevzela vrednost, enako frekvenci prostih nihanj mostu, kar je povzročilo resonanco. To je povzročilo, da se veriga zlomi, zruši most.

Leta 1906 je iz istega razloga uničil egipčanski most v Sankt Peterburgu, na katerem se je premikala eskadrilja konjenikov. Da bi se izognili tako neprijetnim pojavom, zdaj, ko prečkajo most, vojaške enote nadaljujejo v prostem koraku.

Elektromagnetni pojavi

So medsebojno povezana nihanja magnetnih in električnih polj.

Lastne elektromagnetne oscilacije v tokokrogu pridejo, ko se sistem odstrani iz ravnovesnega položaja, na primer, ko se polnjenje napolni z kondenzatorjem, se trenutna vrednost spremeni v vezju.

Obstajajo elektromagnetna oscilacija v različnih električnih vezjih. V tem primeru vibracijsko gibanje proizvaja tok, napetost, polnjenje, jakost električnega polja, magnetno indukcijo in druge elektrodinamične količine.

Lahko jih obravnavamo kot dušene nihanja, saj se energija, ki se poroča sistemu, segreje.

Ker so prisilne elektromagnetne oscilacije procesi v vezju, ki jih povzroča periodično spreminjanje zunanje sinusoidne elektromotorne sile.

Podobne procese opisujejo isti zakoni kot pri mehanskih nihanjih, vendar imajo popolnoma drugačno fizično naravo. Električni pojavi so poseben primer elektromagnetnih procesov z močjo, napetostjo, izmeničnim tokom.

Oscilacijski tokokrog

To je električno vezje, ki je sestavljeno iz serijsko vezanega induktorja, kondenzatorja s specifično kapacitivnostjo, uporovnega upora.

S stabilnim ravnovesnim stanjem oscilacijskega tokokroga kondenzator nima napolnjenosti in električni tok ne teče skozi tuljavo.

Med glavnimi značilnostmi elektromagnetnih nihanj je zabeležena ciklična frekvenca, ki je drugi vezni derivat glede na čas. Faza elektromagnetnih nihanj je harmonična količina, ki jo opisuje zakon sinusov (kosinus).

Obdobje v oscilacijskem tokokrogu je določeno s Thomsonovo formulo, odvisno od kapacitivnosti kondenzatorja in induktivnosti tuljave s tokom. Tok v tokokrogi se spreminja glede na zakon sinus, tako da je mogoče določiti fazni premik za določeno elektromagnetno oscilacijo.

AC tok

V okviru, ki se vrti s konstantno kotno hitrostjo v homogenem magnetnem polju z določeno količino indukcije, se določi harmonični emf. Po Faradayjevem zakonu za elektromagnetno indukcijo jih določi s spremembo magnetnega pretoka, je sinusna vrednost.

Ko je zunanji vir elektromagnetnega polja povezan z oscilacijskim krogom, prisotna prisilna nihanja v njej potekajo s ciklično frekvenco ˙ enako kot vrednost frekvence samega vira. So nedokončana gibanja, ker se ob nastanku polnitve pojavijo potencialne razlike, v tokokrogu se pojavi tok, druge fizične količine. To povzroča harmonične spremembe napetosti, toka, ki se imenujejo pulzirajoče fizične količine.

Kot industrijska frekvenca izmeničnega toka je sprejeta vrednost 50 Hz. Za izračun količine toplote, ki se sprosti skozi AC vodnik, ne uporabljajte največjih vrednosti moči, ker je dosežena le v nekaj časovnih intervalih. Za te namene se uporablja povprečna moč, kar je razmerje med celotno energijo, ki poteka skozi vezje v analiziranem obdobju, do njegove vrednosti.

Vrednost izmeničnega toka ustreza konstantni vrednosti, ki proizvaja enako količino toplote v obdobju, kot je izmenični tok.

Transformator

To je naprava, ki povečuje ali zmanjšuje napetost brez večje izgube električne energije. Ta zasnova je sestavljena iz več plošč, na katerih so fiksirane dve tuljavi z navitjem žice. Primarno je priključen na vir izmenične napetosti, sekundarni pa je priključen na naprave, ki porabijo električno energijo. Za takšno napravo je izbrano razmerje preoblikovanja. Za step-up transformatorja je manj kot ena, za transformatorja pa se povečuje na 1.

Self-oscilacije

Gre za sisteme, ki samodejno regulirajo dobavo energije iz zunanjega vira. Procesi, ki se pojavljajo v njih, se štejejo za periodične nedokončane (samo-oscilacijske) akcije. Na podobne sisteme generatorja žarnice elektromagnetne interakcije, klic, ura.

Obstajajo tudi primeri, pri katerih različna telesa hkrati sodelujejo v različnih smereh v oscilacijah.

Če združimo take premike, ki imajo enake amplitude, lahko dobimo harmonično nihanje z večjo amplitudo.

S teoremom Fourierja se zdi, da je skupek preprostih oscilatornih sistemov, ki se lahko razgradi v kompleksen proces, harmoničen spekter. Prikazuje amplitud in frekvence vseh preprostih nihanj, ki vstopajo v tak sistem. Najpogosteje je spekter grafično prikazan.

Na vodoravni osi se zabeležijo frekvence in ordinati kažejo amplitude takšne vibracije.

Vsako vibracijsko gibanje: mehansko, elektromagnetno, za katero so značilne določene fizične količine.

Prvič, takšni parametri vključujejo amplitudo, obdobje, frekvenco. Za vsak parameter so matematični izrazi, ki vam omogočajo izračune, količinsko opredelite zahtevane značilnosti.