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

91 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

5857. Специальные основные системы метода сил 127 KB
  Специальные основные системы метода сил 1. Статически неопределимые фермы Фермы, применяемые в строительстве, строго говоря, всегда статически неопределимы в силу жесткости узлов. Мы будем понимать под статически неопределимой фермой ее расчетную сх...
5858. Рациональные основные системы метода сил для рам 103.5 KB
  Рациональные основные системы метода сил для рам. Решение статически неопределимых рам методом сил вручную оказывается довольно громоздким, с обилием вычислений и проверок. При этом выбор основной системы предопределяет объем вычислений и характер р...
5859. Основы метода сил 97.5 KB
  Основы метода сил Основные понятия о статически неопределимых стержневых системах. Их свойства. Методы расчета. Статически неопределимыми стержневыми системами назовем такие, для расчета которых недостаточно одних уравнений равновесия. Другими с...
5860. Внедрение стратегии 260 KB
  Внедрение стратегии. Необходимость предпринимательских качеств. Суть проблемы. В середине 1950–х годов американская промышленность столкнулась с крупными неприятностями. Спрос на продукцию некоторых компаний стабилизировался его не мог...
5861. Великие итальянские художники эпохи возрождения 67 KB
  Великие итальянские художники эпохи возрождения. Народы Европы стремились к возрождению сокровищ и традиций, утраченных из-за бесконечных истребительных войн. Войны уносили с лица земли и людей, и то великое, что люди создавали. Идея возродить...
5862. Схема внутрицехового электроснабжения до 1000 в 1.46 MB
  Сети напряжением до 1 кВ служат для распределения электроэнергии внутри цехов промышленных предприятий, а также для питания некоторых ЭП, расположенных за пределами цеха на территории предприятии. Цеховые электрические сети напряжением до ...
5863. Виды конституций по порядку изменения и отмены 77 KB
  По способу изменения и внесения поправок конституции делятся на две группы: жесткие и гибкие. Эти два понятия теснейшим образом связаны с классификацией конституций на писанные и неписанные. Деление конституций на писаные и неписаные достат...
5864. Управление манипуляторами промышленного робота 448.5 KB
  Управление манипуляторами промышленного робота Если динамические уравнения движения манипулятора заданы, целью управления манипулятором является выполнение им движений в соответствии с заданным рабочим критерием. Проблема управления манипулятором в ...
5865. Роль цен, тарифов, льгот, субсидий, компенсаций в регулировании национального рынка 183 KB
  Происходящие изменения в экономике РФ обусловлены переходом на рыночные связи и отношения. Чтобы свести к минимуму предполагаемые потери при переходе к рынку, необходимо познать сущность и закономерности его развития. Все современные эконом...