Читайте также:
|
Колеба́ния — это повторяющийся в той или иной степени процесс изменения характеристик (состояний, параметров) системы, каждый раз проходящий (возвращающийся) через одно и то же значение этих характеристик (состояний, параметров) системы. Эта точка возврата называется точкой равновесия во времени (пространстве, потенциале или другой характеристике системы). Например, при колебаниях механического маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения. При колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величины и направления тока, напряжения, магнитного поля, возникающие в этой катушке.
Колебания, обычно, связаны с попеременным превращением энергии одной формы (вида) в энергию другой формы (другого вида). В механическом маятнике энергия превращается из кинетической в потенциальную. В электрических LC контурах (то есть индуктивно-емкостных контурах) энергия превращается из электрической энергии ёмкости (энергии электрического поля конденсатора) в магнитную энергию катушки индуктивности (энергию магнитного поля соленоида).
Колебания различной физической природы имеют много общих закономерностей и тесно взаимосвязаны с волнами. Потому исследованиями этих закономерностей занимается обобщённая теория колебаний и волн. Принципиальное отличие колебаний от волн состоит в том, что при колебаниях не наблюдается значительно переноса энергии в пространстве, а если и наблюдается, то этот перенос является скорее нежелательным, приводящим к потере энергии системой, из-за чего колебания носят затухающий характер.
Классификация разных видов колебаний зависит от интересующих приоритетных качеств колебательных систем (осцилляторов).
По физической природе основной движущей энергии:
Механические (маятники, звуковые колебания в газе и жидкости, вибрация — тот же звук в плотном теле);
Электромагнитные (LC-, RC-, RL- колебательные контуры, где L - индуктивность, R — резистор/ сопротивление, C - ёмкость/ конденсатор, а также свет, радиоволны, тепловые - правда, это всё уже поля, то есть волны);
Смешанного типа — комбинации использования разных типов энергии, как перечисленных выше, так и с привлечением других видов энергии.
По характеру взаимодействия с окружающей средой:
Вынужденные — колебания, происходящие под воздействием внешней по отношению к рассматриваемой системе, энергии. Это внешнее воздействие может быть периодическим при постоянных качествах системы, а может быть постоянным при переменных качествах системы. Листья на деревьях колеблет ветер, как и волны на реке, родители качают ребёнка на качелях. При вынужденных колебаниях может наблюдаться явление резонанса - резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты осциллятора с частоты внешнего воздействия.
Свободные (или собственные) — это колебания в системе под действием внутренних сил, возникающих, как результат передачи системе энергии извне. Внешняя энергия выводит систему из равновесия, что приводит к началу колебаний в системе (если система предрасположена к колебаниям). Система находится в колебаниях до тех пор, пока полностью не израсходует возмутившую её энергию. Потому свободные колебания всегда затухающие, а происходят всегда на резонансной частоте. Простейшими примерами свободных колебания являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.
Автоколебания — колебания, при которых система имеет некоторый собственный запас потенциальной энергии (механической в сжатой пружине, электрохимической в батарейках или аккумуляторах, химической в предназначенном к сжиганию топливе, атомной в ядерном топливе), расходующейся по мере необходимости на совершение колебаний (пример такой системы — механические или электрические часы). Характерным отличием автоколебаний от свободных колебаний является то, что система имеет свободный запас энергии, который пополняет энергию, потраченную на «паразитные» потери в системе. Именно благодаря этой восполняемой энергии колебания получаются не затухающими, а с постоянной амплитудой. Затухающими они станут после израсходования всего запаса энергии.
Параметрические — колебания, которые возникают в результате изменения какого-либо параметра колебательной системы в результате внешнего воздействия, а может быть и внутрисистемных процессов.
Случайные — колебания, при которых внешнее или параметрическое воздействие является случайным процессом.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 282 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |