24996

Превращение энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс

Шпаргалка

Физика

Свободные и вынужденные колебания. Свободные колебания. Вынужденные колебания.

Русский

2013-08-09

38.5 KB

88 чел.

Билет5

Превращение энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс

План ответа

1. Определение  колебательного  движения. 2. Свободные колебания. 3. Превращения энергии. 4. Вынужденные колебания.

Механическими колебаниями называют движения тела, повторяющиеся точно или приблизительно через одинаковые промежутки времени. Основными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период. Смещение — это отклонение от положения равновесия. Амплитуда — модуль максимального отклонения от положения равновесия. Частота — число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. Период — время одного полного колебания, т. е. минимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период и частота связаны соотношением: v = 1/T.

Простейший вид колебательного движения — гармонические колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса (рис. 8).

Свободными — называют колебания, которые совершаются за счет первоначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воздействий на систему, совершающую колебания. Например, колебания груза на нити (рис. 9).

Рассмотрим процесс превращения энергии на примере колебаний груза на нити (см. рис. 9).

При отклонении маятника от положения равновесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня, следовательно, в точке А маятник обладает потенциальной энергией mgh. При движении к положению равновесия, к точке О, уменьшается высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратится в кинетическую энергию mvг/2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максимальное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происходит превращение кинетической энергии в потенциальную, скорость маятника уменьшается и при максимальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движении всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергий.

При свободных механических колебаниях неизбежно происходит потеря энергии на преодоление сил сопротивления. Если колебания происходят под действием периодически действующей внешней силы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители раскачивают ребенка на качелях, поршень движется в цилиндре двигателя автомобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер вынужденных колебаний зависит от характера действия внешней силы, от ее величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и свойств колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он закреплен, совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.

При совпадении частоты внешней силы и частоты собственных колебаний тела амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом. Графически зависимость вынужденных колебаний от частоты действия внешней силы показана на рисунке 10.

 Явление резонанса может быть причиной разрушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически действующей силы. Поэтому, например, двигатели в автомобилях устанавливают на специальных амортизаторах, а воинским подразделениям при движении по мосту запрещается идти «в ногу».

При отсутствии трения амплитуда вынужденных колебаний при резонансе должна возрастать со временем неограниченно. В реальных системах амплитуда в установившемся режиме резонанса определяется условием потерь энергии в течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем меньше трение, тем больше амплитуда при резонансе.


Хт—
амплитуда

w — частота внешней силы

w0 — частота собственных колебаний


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14387. Измерение сопротивления с помощью моста постоянного тока. Определение удельного сопротивления проводников 49 KB
  Работа №31 Измерение сопротивления с помощью моста постоянного тока. Определение удельного сопротивления проводников. Цель: Измерить сопротивление провдников с помощью моста постоянного тока. Определить удельное сопротивление проводника. Оборудование: 3 иссле
14388. Определение внутреннего сопротивления гальванометра 192.5 KB
  Лабораторная работа № 138 Цель работы: Определение внутреннего сопротивления гальванометра. Определение средней чувствительности и градуирование гальванометра. Изучение зависимости периода колебаний логарифмического декремента затухания и времени успокоения от со...
14389. Проверить линейность усилителей электронного осциллографа 230 KB
  Лабораторная работа № 130 Цель работы: Проверить линейность усилителей электронного осциллографа произвести градуировку усилителей проверить внутренний калибратор напряжений. Приборы и материалы: осциллограф реостат магазин сопротивлений вольтметр. ...
14390. Определение внутреннего сопротивления гальванометра 144 KB
  Лабораторная работа № 32 Цель работы: Определение внутреннего сопротивления гальванометра. Расчет добавочного сопротивления для использования гальванометра в качестве вольтметра. Приборы и материалы: гальванометр магазины сопротивлений – 2 реостат вольтметр выкл...
14391. Измерение высокого вакуума 80 KB
  Лабораторная работа №010 Измерение высокого вакуума. Задача работы: Получение графиков зависимости ионного тока от тока эмиссии напряжения на сетке и напряжения на коллекторе ионизационной лампы. Получение приближённого значения потенциала ионизаци
14392. Изучить работу ионизационного манометра, зависимость ионного тока от изменения различных параметров 267.5 KB
  Лабораторная работа № 10 Цель работы: Изучить работу ионизационного манометра зависимость ионного тока от изменения различных параметров ток накала напряжение на сетке между катодом и анодом. Приборы и материалы: Ионизационный манометр миллиамперметры – 2 амперме...
14393. Определение вязкости жидкости и исследование зависимости вязкости от температуры 92.5 KB
  Отчет по работе №26 Определение вязкости жидкости и исследование зависимости вязкости от температуры Цель работы: определить вязкость жидкости и исследовать зависимость вязкости от температуры. Приборы: шарики двухстрелочный секундомер катетометр или микр...
14394. Измерение чувствительности и внутреннего сопротивления гальванометра 131.5 KB
  Отчет по работе №32 Измерение чувствительности и внутреннего сопротивления гальванометра Цель работы: определить внутреннее сопротивление гальванометра его чувствительность по току и по напряжению рассчитать шунт и добавочное сопротивление к гальванометру ...
14395. Определить отношение теплоемкостей для воздуха двумя способами 2.92 MB
  Лабораторная работа № 49 Цель работы: Определить отношение теплоемкостей для воздуха двумя способами по скорости звука и расширению газа. Приборы и материалы: Насос емкость баллон манометр. Генератор звуковой частоты микрофон. Определение при помощи расшир...