Динамика колебательного движения

Динамика колебательного движения

Динамика колебательного движения

Колебательные процессы являются распространенными в природе, они не менее широко применяются нами и в технике. Колебательные процессы отличаются в определенной степени повторяемости во времени, например: колебание маятника часов, или массы на пружинке, частиц воды во время волны на поверхности, заряда на обложках конденсатора, переменный электрический ток, напряженность электрического и магнитного поля в электромагнитной волне, светло, звук, температура - все это колебание разных физических величин. Колебания могут быть вредными.

При руссе маятника колеблется его центр веса. В случае переменного тока колеблются напряжение и сила тока в кругу. Эти оба процесса качественно полностью отличаются за своей физической природой. Однако количественные закономерности этих процессов имеют между собой много общего. Поэтому в зависимости от физической природы повторяемых процессов отличают такие типы колебаний: механические, электромагнитные, электромеханические и тому подобное. Начнем с рассмотрения механических колебаний, в частности колебаний материальной точки.

В зависимости от характера действия на колебательную систему отличают: свободные (собственные), вынужденные колебания, автоколебание и параметрические колебания. Следовательно, во время колебаний определена физическая величина изменяется во времени периодически.

Периодическим является процесс, в котором физическая величина принимает одинаковые значения через ровные интервалы времени, которые называют периодом колебаний.

Следовательно, период колебаний - интервал времени, за который осуществляется одно полное колебание:

Для изучения колебаний, как и любого другого физического явления, необходимо предварительно смоделировать процесс. Одной из самых простых моделей есть колебание материальной точки (обратите внимание, исследуются колебания точки, а не объемного тела), которая равномерно вращается по кругу радиуса. Направление вращения изберем против часовой стрелки. Пусть точка вращается с постоянной угловой скоростью. Единицей измерения циклической частоты в СИ является радиан за секунду (советов/с).

Как известно период и линейная частота (количеством колебаний за единицу времени, измеряется в герцах. Максимальная величина смещения точки от положения равновесия называется амплитудой колебаний - это постоянная положительная величина. Косинус (синус) функции - определяет сторону смещения от максимального отклонения, его мы будем называть фазой колебаний. Величина является соответственно начальной фазой колебания.

При гармоничном колебательном движении смещение точки изменяется со временем по закону. Дифференцированием этого выражения по времени мы можем найти скорость движения точки в любой момент времени.