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

92 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

85686. Планирование производственной программы механического цеха машиностроительного завода 956 KB
  В курсовом проекте приведен комплекс расчетов по планированию производственной деятельности механического цеха машиностроительного предприятия. В задачи курсового проекта входят определения стоимости основных фондов цеха, составление калькуляции себестоимости единицы продукции...
85687. Проект участка магистральной улицы 232.5 KB
  Проезжая часть улиц должна обеспечивать пропуск транспортных потоков расчетной интенсивности. Поэтому необходимое число полос движения при многополосной проезжей части рассчитывают с учетом пропускной способности одной полосы через интенсивность приведенного транспортного потока.
85688. Иерархия нормативных правовых актов Российской Федерации 209 KB
  Целью настоящей работы является выявление и разрешение проблем связанных с иерархическим построением нормативных правовых актов в Российской Федерации. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: Раскрыть понятие и значение иерархии нормативных правовых актов...
85689. Стабилизатор тока 744.89 KB
  Потребителями электроэнергии постоянного тока в диапазоне мощностей, характерных для транзисторных преобразователей, являются электронная аппаратура всевозможного функционального назначения, маломощный электропривод, аккумуляторные батареи.
85690. Анализ финансового состояния «ООО Дракон» 1.19 MB
  Бухгалтерский баланс является важнейшим источником информации о финансовом положении предприятия на отчетную дату. Он позволяет определить состав и структуру имущества предприятия ликвидность и оборачиваемость оборотных активов. Наличие собственного капитала и текущих обязательств, состояние и динамику...
85691. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАЙОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 220/110 КВ 2.67 MB
  В нормальных режимах работы ЭП первой категории должны обеспечиваться электрической энергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Перерыв в электроснабжении ЭП первой категории может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
85692. Психологічні аспекти депресивного стану 217.5 KB
  Депресія – це стан зниженого, пригніченого настрою зі спаданням психічної активності, песимізмом, апатією, своєрідними уявленнями, загальмуванням дій. Така проблема, як депресія в наш час стає дедалі актуальнішою. Ця хвороба є поширеною особливо серед підлітків, враховуючи ще сам по собі тяжкий...