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

85 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

23971. Римский фольклор 21 KB
  песни: свадебные застольные погребальные фесценнины – песни шуточного содержания связанные с обрядами плодородия.
23972. Римская комедия. Плавт 35.5 KB
  Писал паллиаты – комедии на греческий сюжет. Комедии греческого плаща. Брал сюжеты из греческой новоаттической комедии действие в греческих городах персонажи с греческими именами но использует римские реалии. Выбирает комедии которые будут интересны римлянам.
23973. Архаический период римской литературы. Первые авторы 23 KB
  Трагедии Впервые ввел драму на римский сюжет – претекстата. Ромул мифологический сюжет Кластидит исторический сюжет Больше всего прославился в комедии.
23974. Комедии Теренция 32.5 KB
  Комедии Теренция Публий Теренций Афр 195159 гг. Попал в Рим в качестве раба сенатора Теренция Лукана который входил в кружок Сципиона Младшего. Гуманизм Теренция спас его комедии от исчезновения. СВЕКРОВЬ Как видно из дидаскалии и из двух прологов комедия была поставлена при жизни Теренция трижды.
23976. Общая характеристика культуры эллинизма 26 KB
  Особенности искусства: влияние Востока интерес к быту и к частному человеку космополитизм Влияние востока на уровне религии: культ богини Тихэ случая культ Исиды сближается с Деметрой культ Осириса культ Кибелы В то же время в Грецию проникает иудаизм интерес к пышности роскоши изысканности – коринфский ордер. интерес к огромным сооружениям. Фаросский маяк Колосс Родосский огромные корабли интерес к дороговизне украшений симпатии к обожествлению правителей среди ораторов стиль азионизм – туманность речи. Интерес...
23977. Новоаттическая комедия. Менандр 30.5 KB
  повар хвастается блюдами – остался от пира в древнеаттической комедии. частные повседневные отношения; его действующие лица заурядные люди с мелкими страстями с обычными вожделениями и ошибками поставленные в забавные положения; индивидуализации глубокого анализа характеров и преобладающих личных свойств героев нет ещё; общие типы часто повторяющиеся даже под одними и теми же именами только в различной обстановке такова отличительная черта Менандровой комедии. Для римской сцены переделаны были Теренцием 4 комедии М. Душу...
23978. Александрийская поэзия. Каллимах 22.5 KB
  Александрийская поэзия. ученая поэзия рассчитана на узкий круг подготовленной публики поэзия для эстетов.
23979. Феокрит (305-240) – создатель идиллии 13.69 KB
  Три группы идиллий: бытовая мифологическая воришка мёда буколики – пастушеские идиллии. В идиллии не проникает внешний мир. Идиллии написаны гекзаметром.