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

70094. ПОЛІТИЧНА КАРТА ЄВРОПИ 103 KB
  Згрупувати країни Європи за різними ознаками. У кожному групуванні обчислити кількість країн у відповідних групах та частку групи в загальній кількості країн Європи. Групування можна оформити у вигляді окремих таблиць чи зведеної таблиці, зразок якої поданий нижче...
70095. ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В 111.5 KB
  Изучить влияние параметров сети режима нейтрали сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли на опасность поражения человека электрическим током. Сравнить опасность прикосновения человека к проводам трехфазных сетей с изолированной и заземленной нейтралями...
70096. Операционные системы. Полезные команды Unix 89.5 KB
  Файлы, имена которых записаны в файле f7, скопировать в каталог dir4, при этом сообщить об ошибках текстом на экране, а так же направить это сообщение об ошибках в файл myerr. Просмотреть его содержимое.
70097. ХАРАКТЕРИСТИКА РЕМЕСЕЛ ПО ТЕКСТИЛЮ (ТКАНИНИ, КИЛИМИ, ВИШИВКА) 70 KB
  Матеріали інструменти та пристрої: таблиці малюнки натуральні зразки асортименту тканин килимів вишитих виробів різних типологічних груп. Текстильні матеріали це матеріали які складаються з текстильних волокон та ниток.
70098. Начало работы в 1С: «Бухгалтерия» 425 KB
  В данное окно вносятся сведения о нашей организации которые можно просмотреть в списке Константы. Так же данные сведения можно заносить непосредственно в Константы для этого вызовите из Главного меню Операции.
70100. Режимы наборов данных 332.5 KB
  Наборы данных могут находиться в различных режимах. Текущий режим набора данных определяется свойством State типа TDataSetState. Оно доступно для чтения во время выполнения приложения и может быть использовано только для текущего режима.
70101. Электронная таблица Excel. Использование встроенных функций 250.5 KB
  Использование встроенных функций. Значения которые используются для вычисления функций называются аргументами. В качестве аргументов функций можно использовать константы ссылки на ячейки имена диапазонов ячеек а также другие функции. EXCEL содержит более 400 встроенных функций.