Naturlige vibrasjoner er prosesser som er preget av en viss repeterbarhet. Disse inkluderer for eksempel bevegelsen av pendelen til en klokke, en gitarstreng, bena på en stemmegaffel, aktiviteten til hjertet.
Mekaniske vibrasjoner
Tatt i betraktning den fysiske naturen, kan naturlige oscillasjoner være mekaniske, elektromagnetiske, elektromekaniske. La oss se nærmere på den første prosessen. Naturlige vibrasjoner oppstår i tilfeller der det ikke er ytterligere friksjon, ingen ytre krefter. Slike bevegelser er preget av frekvensavhengighet kun av egenskapene til det gitte systemet.
harmoniske prosesser
Disse naturlige svingningene innebærer en endring i den oscillerende mengden i henhold til cosinus (sinus) loven. La oss analysere den enkleste formen for et oscillerende system, som består av en kule opphengt i en fjær.
I dette tilfellet balanserer tyngdekraften elastisiteten til fjæren. I henhold til Hookes lov er det en direkte sammenheng mellom forlengelsen av fjæren og kraften som påføres kroppen.
Elastisk kraftegenskaper
Egne elektromagnetiske oscillasjoner i kretsen er relatert til størrelsen på påvirkningen på systemet. Den elastiske kraften, som er proporsjonal med forskyvningen av ballen fra likevektsposisjonen, er rettet mot likevektstilstanden. Bevegelsen av ballen under dens påvirkning kan beskrives av cosinusloven.
Den naturlige oscillasjonsperioden vil bli bestemt matematisk.
Når det gjelder en fjærpendel, avsløres avhengigheten av dens stivhet, så vel som av lastens masse. Perioden med naturlige oscillasjoner i dette tilfellet kan beregnes ved hjelp av formelen.
Energi ved harmonisk oscillasjon
Verdien er konstant hvis det ikke er friksjonskraft.
Når den oscillerende bevegelsen skjer, skjer det en periodisk transformasjon av kinetisk energi til en potensiell verdi.
Dempede oscillasjoner
Egne elektromagnetiske oscillasjoner kan oppstå når systemet ikke påvirkes av ytre krefter. Friksjon bidrar til demping av oscillasjoner, en reduksjon i amplituden deres observeres.
Frekvensen av naturlige oscillasjoner i en oscillerende krets er relatert til egenskapene til systemet, så vel som til intensiteten av tap.
Med en økning i dempningskoeffisienten observeres en økning i perioden med oscillerende bevegelse.
Forholdet mellom amplituder som er atskilt med et intervall lik én periode er konstantverdi gjennom hele prosessen. Dette forholdet kalles dempende dekrement.
Naturlige vibrasjoner i oscillasjonskretsen er beskrevet av loven om sinus (cosinus).
Svingeperioden er en tenkt størrelse. Bevegelsen er aperiodisk. Systemet, som fjernes fra likevektsposisjonen uten ytterligere oscillasjoner, går tilbake til sin opprinnelige tilstand. Metoden for å bringe systemet til en likevektstilstand bestemmes av startforholdene.
Resonance
Perioden med naturlige oscillasjoner i kretsen bestemmes av den harmoniske loven. Tvungede oscillasjoner vises i systemet under påvirkning av en periodisk skiftende kraft. Ved sammenstilling av bevegelsesligningen tas det i betraktning at i tillegg til forseringseffekten, er det også slike krefter som virker under frie vibrasjoner: mediets motstand, den kvasi-elastiske kraften.
Resonans er en kraftig økning i amplituden til tvangssvingninger når frekvensen til drivkraften har en tendens til kroppens naturlige frekvens. Alle vibrasjoner som oppstår i dette tilfellet kalles resonans.
For å avsløre forholdet mellom amplituden og den ytre kraften for tvangssvingninger, kan du bruke det eksperimentelle oppsettet. Når sveivhåndtaket roteres sakte, beveger belastningen på fjæren seg opp og ned på samme måte som fjæringspunktet.
Egne elektromagnetiske oscillasjoner i oscillasjonskretsen kan beregnes og andre fysiske parameteresystem.
Ved raskere rotasjon øker svingningene, og når rotasjonsfrekvensen er lik den naturlige, nås den maksimale amplitudeverdien. Med en påfølgende økning i rotasjonsfrekvensen avtar amplituden til de tvungne oscillasjonene til den analyserte lasten igjen.
Resonanskarakteristikk
Med en liten bevegelse av håndtaket endrer ikke lasten posisjon. Årsaken er tregheten til fjærpendelen, som ikke holder tritt med den ytre kraften, så bare "jitter in place" observeres.
Den naturlige frekvensen til oscillasjoner i kretsen vil korrespondere med en kraftig økning i amplituden til frekvensen til den ytre handlingen.
Graffen for et slikt fenomen kalles resonanskurven. Det kan også vurderes for en filamentpendel. Hvis du henger en massiv kule på skinnen, samt en rekke lette pendler med forskjellige trådlengder.
Hver av disse pendelene har sin egen oscillasjonsfrekvens, som kan bestemmes basert på akselerasjonen av fritt fall, lengden på tråden.
Hvis ballen tas ut av likevekt, slik at lyspendelen ikke beveger seg, og deretter slippes, vil svingningene føre til periodisk bøyning av skinnen. Dette vil forårsake effekten av en periodisk skiftende elastisk kraft på lyspendler, noe som får dem til å utføre tvangssvingninger. Gradvis vil alle ha lik amplitude, som vil være resonansen.
Dette fenomenet kan også sees for en metronom, hvis base er koblet sammentråd med pendelens akse. I dette tilfellet vil den svinge med maksimal amplitude, så tilsvarer frekvensen til pendelen som "trekker" strengen frekvensen til dens frie oscillasjoner.
Resonans oppstår når en ekstern kraft, som virker i takt med frie vibrasjoner, virker med en positiv verdi. Dette fører til en økning i amplituden til den oscillerende bevegelsen.
Foruten den positive virkningen, har fenomenet resonans ofte en negativ funksjon. Hvis for eksempel tungen på en bjelle svinger, er det viktig for lyden som produseres at tauet virker i takt med tungens frie oscillerende bevegelser.
Anvendelse av resonans
Operasjonen til reed-frekvensmåleren er basert på resonans. Enheten presenteres i form av elastiske plater av forskjellige lengder, festet på en felles base.
Ved kontakt av frekvensmåleren med et oscillerende system som det er nødvendig å bestemme frekvensen for, vil den platen, hvis frekvens er lik den målte, oscillere med maksimal amplitude. Etter å ha lagt platina inn i resonans, kan du beregne frekvensen til det oscillerende systemet.
På det attende århundre, ikke langt fra den franske byen Angers, beveget en avdeling soldater seg i takt langs en kjedebro, som var 102 meter lang. Frekvensen av trinnene deres fikk en verdi lik frekvensen av frie vibrasjoner av broen, noe som forårsaket en resonans. Dette førte til at kjettingene brøt, hengebroen kollapset.
I 1906 ble den egyptiske broen i St. Petersburg ødelagt av samme grunn, som en skvadron med kavalerister beveget seg langs. For å unngå slike ubehagelige fenomener, nå medkrysser broen, går de militære enhetene i et fritt tempo.
Elektromagnetiske fenomener
De er sammenkoblede svingninger av magnetiske og elektriske felt.
Egne elektromagnetiske oscillasjoner i kretsen oppstår når systemet tas ut av likevekt, for eksempel når en ladning overføres til en kondensator, en endring i strømstyrken i kretsen.
Elektromagnetiske oscillasjoner vises i forskjellige elektriske kretser. I dette tilfellet utføres den oscillerende bevegelsen av strømstyrken, spenningen, ladningen, elektrisk feltstyrke, magnetisk induksjon og andre elektrodynamiske størrelser.
De kan betraktes som dempede svingninger, siden energien som tilføres systemet går til oppvarming.
Som tvungne elektromagnetiske oscillasjoner er prosessene i kretsen, som er forårsaket av en periodisk skiftende ekstern sinusformet elektromotorisk kraft.
Slike prosesser er beskrevet av de samme lovene som ved mekaniske vibrasjoner, men de har en helt annen fysisk natur. Elektriske fenomener er et spesi altilfelle av elektromagnetiske prosesser med kraft, spenning, vekselstrøm.
oscillerende krets
Det er en elektrisk krets som består av en induktor koblet i serie, en kondensator med en viss kapasitans, en motstandsmotstand.
Når oscillasjonskretsen er i en stabil likevektstilstand, har kondensatoren ingen ladning, og ingen elektrisk strøm flyter gjennom spolen.
Blant hovedfunksjoneneelektromagnetiske oscillasjoner merker den sykliske frekvensen, som er den andre deriverte av ladningen med hensyn til tid. Fasen til elektromagnetiske oscillasjoner er en harmonisk størrelse, beskrevet av sinus (cosinus) loven.
Perioden i oscillasjonskretsen bestemmes av Thomson-formelen, avhenger av kapasitansen til kondensatoren, samt verdien av induktansen til spolen med strøm. Strømmen i kretsen endres i henhold til sinusloven, slik at du kan bestemme faseforskyvningen for en bestemt elektromagnetisk bølge.
Vekselstrøm
I en ramme som roterer med konstant vinkelhastighet i et jevnt magnetfelt med en viss induksjonsverdi, bestemmes harmonisk EMF. I henhold til Faradays lov for elektromagnetisk induksjon, bestemmes de av endringen i magnetisk fluks, er en sinusformet verdi.
Når en ekstern EMF-kilde er koblet til oscillerende krets, oppstår tvangssvingninger inne i den, som skjer med en syklisk frekvens ώ, lik i verdi med frekvensen til selve kilden. De er udempede bevegelser, siden når en ladning lages, oppstår det en potensiell forskjell, en strøm oppstår i kretsen og andre fysiske størrelser. Dette forårsaker harmoniske endringer i spenning, strøm, som kalles pulserende fysiske størrelser.
Verdien av 50 Hz er tatt som den industrielle frekvensen til vekselstrøm. For å beregne mengden varme som frigjøres når den passerer gjennom en vekselstrømleder, brukes ikke maksimale effektverdier, siden de kun nås i visse tidsperioder. For slike formål, søkgjennomsnittlig effekt, som er forholdet mellom all energien som passerer gjennom kretsen i løpet av den analyserte perioden, og verdien.
Verdien av vekselstrømmen tilsvarer konstanten, som avgir samme mengde varme over perioden som vekselstrømmen.
Transformer
Dette er en enhet som øker eller reduserer spenningen uten betydelig tap av elektrisk energi. Denne utformingen består av flere plater som to spoler med trådviklinger er festet på. Den primære er koblet til en vekselspenningskilde, og den sekundære er koblet til enheter som bruker elektrisk energi. For en slik enhet skilles det ut et transformasjonsforhold. For en opptrappingstransformator er den mindre enn én, og for en opptrappingstransformator har den en tendens til 1,
Autosvingninger
Dette kalles systemer som automatisk regulerer tilførselen av energi fra en ekstern kilde. Prosessene som finner sted i dem regnes som periodiske udempede (selvsvingende) handlinger. Slike systemer inkluderer en rørgenerator for elektromagnetiske interaksjoner, en bjelle, en klokke.
Det er også tilfeller der ulike kropper samtidig deltar i svingninger i forskjellige retninger.
Hvis du legger sammen slike bevegelser som har like amplituder, kan du få en harmonisk oscillasjon med større amplitude.
I følge Fourier-teoremet regnes et sett med enkle oscillerende systemer, som en kompleks prosess kan dekomponeres inn i, som et harmonisk spektrum. Den indikerer amplitudene og frekvensene til alle enkle svingninger inkludert iet slikt system. Oftest reflekteres spekteret i en grafisk form.
Frekvenser er markert på den horisontale aksen, og amplitudene til slike oscillasjoner er vist langs ordinataksen.
Alle oscillerende bevegelser: mekaniske, elektromagnetiske, er preget av visse fysiske størrelser.
For det første inkluderer disse parameterne amplitude, periode, frekvens. Det er matematiske uttrykk for hver parameter, som lar deg utføre beregninger, kvantitativt beregne ønskede egenskaper.
