11-а. Механические колебания

      § 11-а. Механические колебания

В природе и технике широко распространены повторяющиеся движения. Колеблются деревья и флаги на ветру, струны рояля и гитары, детали станков и двигателей. В живой природе повторяющимися движениями являются биение сердца, взмахи крыльев, шаги и многое другое.

Рис. 11.1. Колебания шарика на нити (верхний рисунок) и обращение шарика на нити по окружности (нижний рисунок). Время одного колебания (вперёд-назад) или время одного обращения называют периодом колебания или обращения.

Взгляните на рисунки и сравните их. На рис. «а» шарик совершает колебания, а на рис. «б» шарик совершает обращение. Колебание и обращение – это виды повторяющихся или, иначе говоря, периодических движений. Отличительной особенностью колебания является прохождение колеблющимся телом своего положения равновесия.

Движение качающегося шарика мы называем колебанием, так как шарик проходит через положение равновесия (рис. «а»). Но движение того же шарика, обращающегося вокруг вертикали (рис. «б»), мы уже не назовём колебанием, поскольку шарик не проходит через положение равновесия.

Форм. 11.2. Частота колебаний – физическая величина, обрат-ая периоду колебаний. Единица частоты – 1 герц (1 Гц).

Одной из характеристик колебаний является период(Т) – время, за которое колеблющееся тело совершит одно полное колебание (образно говоря, вперёд и назад). Величина, обратная периоду, называется частотой (n).

Единица частоты колебаний – 1 герц (1 Гц = 1/с = с–1). Колебания тел с различными частотами наш организм может воспринимать по-разному. Например, колебания маятника (см. рис. «а» и «б») мы видим, но не слышим. Колебания тел и соприкасающегося с ними воздуха с частотами 16 Гц – 20 кГц наш орган слуха (ухо) воспринимает как звук.

Колебания могут происходить по-разному в зависимости от свойств колеблющегося тела (например, размеров и массы) и среды вокруг него (например, действующей силы трения). Колебания могут иметь большую или меньшую частоту, больший или меньший размах – амплитуду. Амплитудой называют наибольшее смещение колеблющегося тела от положения равновесия. Единица амплитуды – 1 метр.

Рис. 11.3. Воронка с песком, подвешенная на нити, и доска под ней позволяют получить «развёртку» колебаний во времени. Для этого воронка должна совершать свободные колебания, а доску необходимо равномерно передвигать.

Для пояснения понятия амплитуды проделаем опыт. Сначала подвесим на нити воронку с песком, а под ней расположим доску. Затем, толкнув воронку, заставим её качаться влево-вправо. Если мы будем двигать доску равномерно, то на ней образуется волнистая песчаная линия, в математике называемая синусоидой. Она подобна линии, которую мы видели на экране осциллографа (см. § 10-ж).

Видоизменим опыт. Приклеим к воронке листок бумаги. Теперь при качаниях воронки воздух будет оказывать большую помеху её движению, и колебания воронки станут затухающими. В этом случае песочная линия выглядит так, как показано на графике внизу. Видно, что амплитуда затухающих колебаний с течением времени уменьшается.

Рис. 11.4. Из-за наличия силы трения, колебания воронки с песком, подвешенной на нити, постепенно становятся затухающими – их амплитуда уменьшается с течением времени.

Амплитуда уменьшается, так как действует сила трения о воздух. Вы помните, что при этом механическая энергия колеблющегося тела постепенно переходит во внутреннюю энергию окружающих тел.

Итак, механические колебания – движения, которые точно или приблизительно повторяются через некоторый промежуток времени, и при этом колеблющееся тело проходит через положение равновесия.

Источник

Поделитесь с другими:

Если материал понравился Вам и оказался для Вас полезным, поделитесь им со своими друзьями!

Читать по теме:

Интересные статьи: