Getaran semula jadi ialah proses yang dicirikan oleh kebolehulangan tertentu. Contohnya, ini termasuk pergerakan bandul jam, tali gitar, kaki garpu tala, aktiviti jantung.
Getaran mekanikal
Mengambil kira sifat fizikal, ayunan semula jadi boleh menjadi mekanikal, elektromagnet, elektromekanikal. Mari kita lihat lebih dekat pada proses pertama. Getaran semula jadi berlaku dalam kes di mana tiada geseran tambahan, tiada daya luaran. Pergerakan sedemikian dicirikan oleh pergantungan kekerapan hanya pada ciri sistem yang diberikan.
Proses harmonik
Ayunan semula jadi ini membayangkan perubahan dalam kuantiti ayunan mengikut hukum kosinus (sinus). Mari kita menganalisis bentuk sistem ayunan yang paling mudah, yang terdiri daripada bola yang digantung pada spring.
Dalam kes ini, graviti mengimbangi keanjalan spring. Menurut undang-undang Hooke, terdapat hubungan langsung antara lanjutan spring dan daya yang dikenakan pada badan.
Sifat daya kenyal
Ayunan elektromagnet sendiri dalam litar adalah berkaitan dengan magnitud impak pada sistem. Daya kenyal, yang berkadar dengan anjakan bola dari kedudukan keseimbangan, diarahkan ke arah keadaan keseimbangan. Pergerakan bola di bawah pengaruhnya boleh diterangkan oleh hukum kosinus.
Tempoh ayunan semula jadi akan ditentukan secara matematik.
Dalam kes pendulum spring, pergantungan pada ketegarannya, serta pada jisim beban, didedahkan. Tempoh ayunan semula jadi dalam kes ini boleh dikira dengan formula.
Tenaga dan ayunan harmonik
Nilai adalah malar jika tiada daya geseran.
Apabila pergerakan berayun berlaku, perubahan berkala tenaga kinetik kepada nilai potensi berlaku.
Ayunan teredam
Ayunan elektromagnet sendiri boleh berlaku apabila sistem tidak dipengaruhi oleh daya luar. Geseran menyumbang kepada redaman ayunan, penurunan dalam amplitudnya diperhatikan.
Kekerapan ayunan semula jadi dalam litar berayun adalah berkaitan dengan sifat sistem, serta keamatan kehilangan.
Dengan peningkatan dalam pekali pengecilan, peningkatan dalam tempoh gerakan berayun diperhatikan.
Nisbah amplitud yang dipisahkan oleh selang yang sama dengan satu tempoh adalah malarnilai sepanjang proses. Nisbah ini dipanggil pengurangan redaman.
Getaran semula jadi dalam litar berayun diterangkan oleh hukum sinus (kosinus).
Tempoh ayunan ialah kuantiti khayalan. Pergerakan adalah aperiodik. Sistem, yang dikeluarkan dari kedudukan keseimbangan tanpa ayunan tambahan, kembali ke keadaan asalnya. Kaedah untuk membawa sistem kepada keadaan keseimbangan ditentukan oleh keadaan awalnya.
Resonans
Tempoh ayunan semula jadi litar ditentukan oleh hukum harmonik. Ayunan paksa muncul dalam sistem di bawah tindakan daya yang berubah secara berkala. Apabila menyusun persamaan gerakan, adalah diambil kira bahawa sebagai tambahan kepada kesan paksaan, terdapat juga daya sedemikian yang bertindak semasa getaran bebas: rintangan medium, daya kuasi-anjal.
Resonans ialah peningkatan mendadak dalam amplitud ayunan paksa apabila frekuensi daya penggerak cenderung kepada frekuensi semula jadi badan. Semua getaran yang berlaku dalam kes ini dipanggil resonans.
Untuk mendedahkan hubungan antara amplitud dan daya luaran untuk ayunan paksa, anda boleh menggunakan persediaan percubaan. Apabila pemegang engkol diputar perlahan, beban pada spring bergerak ke atas dan ke bawah sama seperti titik penggantungan mereka.
Ayunan elektromagnet sendiri dalam litar berayun boleh dikira dan parameter fizikal lainsistem.
Dalam kes putaran yang lebih pantas, ayunan meningkat, dan apabila kekerapan putaran adalah sama dengan yang semula jadi, nilai amplitud maksimum dicapai. Dengan peningkatan seterusnya dalam kekerapan putaran, amplitud ayunan paksa beban dianalisis berkurangan semula.
Ciri resonans
Dengan sedikit pergerakan pemegang, beban hampir tidak berubah kedudukannya. Sebabnya ialah inersia pendulum spring, yang tidak bersaing dengan daya luaran, jadi hanya "getaran di tempat" diperhatikan.
Frekuensi semula jadi ayunan dalam litar akan sepadan dengan peningkatan mendadak dalam amplitud kekerapan tindakan luaran.
Graf fenomena sedemikian dipanggil lengkung resonans. Ia juga boleh dipertimbangkan untuk bandul filamen. Jika anda menggantung bola besar pada rel, serta beberapa bandul ringan dengan panjang benang yang berbeza.
Setiap bandul ini mempunyai frekuensi ayunan sendiri, yang boleh ditentukan berdasarkan pecutan jatuh bebas, panjang benang.
Jika bola dikeluarkan daripada keseimbangan, meninggalkan bandul cahaya tanpa pergerakan, kemudian dilepaskan, hayunannya akan membawa kepada lenturan berkala rel. Ini akan menyebabkan kesan daya kenyal yang berubah secara berkala pada bandul cahaya, menyebabkan mereka melakukan ayunan paksa. Secara beransur-ansur, kesemuanya akan mempunyai amplitud yang sama, yang akan menjadi resonans.
Fenomena ini juga boleh dilihat untuk metronom, yang pangkalannya disambungkanbenang dengan paksi bandul. Dalam kes ini, ia akan berayun dengan amplitud maksimum, kemudian kekerapan bandul "menarik" rentetan sepadan dengan kekerapan ayunan bebasnya.
Resonans berlaku apabila daya luaran, bertindak mengikut masa dengan getaran bebas, berfungsi dengan nilai positif. Ini membawa kepada peningkatan dalam amplitud gerakan berayun.
Selain impak positif, fenomena resonans sering melakukan fungsi negatif. Contohnya, jika lidah loceng berayun, adalah penting untuk bunyi dihasilkan supaya tali bertindak mengikut masa dengan pergerakan berayun bebas lidah.
Aplikasi resonans
Kendalian meter kekerapan buluh adalah berdasarkan resonans. Peranti dipersembahkan dalam bentuk plat elastik dengan panjang yang berbeza, dipasang pada satu tapak yang sama.
Sekiranya berlaku sentuhan meter frekuensi dengan sistem berayun yang diperlukan untuk menentukan frekuensi, plat itu, yang frekuensinya sama dengan yang diukur, akan berayun dengan amplitud maksimum. Selepas memasukkan platinum ke dalam resonans, anda boleh mengira kekerapan sistem berayun.
Pada abad kelapan belas, tidak jauh dari bandar Angers Perancis, sekumpulan askar bergerak setapak di sepanjang jambatan rantai, yang panjangnya 102 meter. Kekerapan langkah mereka mengambil nilai yang sama dengan kekerapan getaran bebas jambatan, yang menyebabkan resonans. Ini menyebabkan rantai putus, jambatan gantung runtuh.
Pada tahun 1906, atas sebab yang sama, jambatan Mesir di St. Petersburg telah musnah, di mana satu skuadron tentera berkuda bergerak. Untuk mengelakkan fenomena yang tidak menyenangkan itu, kini denganmelintasi jambatan, unit tentera bergerak dengan laju.
Fenomena elektromagnet
Ia adalah turun naik yang saling berkaitan antara medan magnet dan elektrik.
Ayunan elektromagnet sendiri dalam litar berlaku apabila sistem dikeluarkan daripada keseimbangan, contohnya, apabila cas disalurkan kepada kapasitor, perubahan dalam magnitud semasa dalam litar.
Ayunan elektromagnet muncul dalam litar elektrik yang berbeza. Dalam kes ini, pergerakan berayun dilakukan oleh kekuatan semasa, voltan, cas, kekuatan medan elektrik, aruhan magnet dan kuantiti elektrodinamik lain.
Ia boleh dianggap sebagai ayunan lembap, kerana tenaga yang disalurkan kepada sistem akan menjadi panas.
Sebagai ayunan elektromagnet paksa ialah proses dalam litar, yang disebabkan oleh daya gerak elektrik sinusoidal luaran yang berubah secara berkala.
Proses sedemikian diterangkan oleh undang-undang yang sama seperti dalam kes getaran mekanikal, tetapi ia mempunyai sifat fizikal yang berbeza sama sekali. Fenomena elektrik ialah kes khas proses elektromagnet dengan kuasa, voltan, arus ulang alik.
Litar berayun
Ia adalah litar elektrik yang terdiri daripada induktor yang disambungkan secara bersiri, kapasitor dengan kemuatan tertentu, perintang rintangan.
Apabila litar berayun berada dalam keadaan keseimbangan yang stabil, kapasitor tidak mempunyai cas dan tiada arus elektrik mengalir melalui gegelung.
Antara ciri utamaayunan elektromagnet mencatatkan frekuensi kitaran, yang merupakan terbitan kedua cas berkenaan dengan masa. Fasa ayunan elektromagnet ialah kuantiti harmonik, diterangkan oleh hukum sinus (kosinus).
Tempoh dalam litar berayun ditentukan oleh formula Thomson, bergantung pada kemuatan kapasitor, serta nilai kearuhan gegelung dengan arus. Arus dalam litar berubah mengikut undang-undang sinus, jadi anda boleh menentukan anjakan fasa untuk gelombang elektromagnet tertentu.
Arus ulang alik
Dalam bingkai berputar pada halaju sudut malar dalam medan magnet seragam dengan nilai aruhan tertentu, EMF harmonik ditentukan. Mengikut undang-undang Faraday untuk aruhan elektromagnet, ia ditentukan oleh perubahan fluks magnet, ialah nilai sinusoidal.
Apabila sumber EMF luaran disambungkan ke litar berayun, ayunan paksa berlaku di dalamnya, berlaku dengan frekuensi kitaran ώ, sama dengan nilai frekuensi punca itu sendiri. Ia adalah pergerakan yang tidak dilembapkan, kerana apabila caj dibuat, perbezaan potensi muncul, arus timbul dalam litar, dan kuantiti fizikal lain. Ini menyebabkan perubahan harmonik dalam voltan, arus, yang dipanggil kuantiti fizik berdenyut.
Nilai 50 Hz diambil sebagai frekuensi industri arus ulang-alik. Untuk mengira jumlah haba yang dibebaskan apabila melalui konduktor arus ulang-alik, nilai kuasa maksimum tidak digunakan, kerana ia hanya dicapai dalam tempoh masa tertentu. Untuk tujuan tersebut, mohonkuasa purata, iaitu nisbah semua tenaga yang melalui litar semasa tempoh dianalisis, kepada nilainya.
Nilai arus ulang alik sepadan dengan pemalar, yang membebaskan jumlah haba yang sama sepanjang tempoh seperti arus ulang alik.
Transformer
Ini ialah peranti yang meningkatkan atau menurunkan voltan tanpa kehilangan tenaga elektrik yang ketara. Reka bentuk ini terdiri daripada beberapa plat di mana dua gegelung dengan belitan wayar dipasang. Primer disambungkan kepada sumber voltan berselang-seli, dan sekunder disambungkan pada peranti yang menggunakan tenaga elektrik. Untuk peranti sedemikian, nisbah transformasi dibezakan. Untuk pengubah injak naik, ia adalah kurang daripada satu dan untuk pengubah injak naik, ia cenderung kepada 1.
Auto ayunan
Ini dipanggil sistem yang mengawal secara automatik bekalan tenaga daripada sumber luaran. Proses-proses yang berlaku di dalamnya dianggap sebagai tindakan tidak lembap (berayun sendiri) berkala. Sistem sedemikian termasuk penjana tiub interaksi elektromagnet, loceng, jam.
Terdapat juga kes di mana badan yang berbeza secara serentak mengambil bahagian dalam ayunan dalam arah yang berbeza.
Jika anda menambah pergerakan sedemikian yang mempunyai amplitud yang sama, anda boleh mendapatkan ayunan harmonik dengan amplitud yang lebih besar.
Menurut teorem Fourier, satu set sistem berayun mudah, di mana proses yang kompleks boleh diuraikan, dianggap sebagai spektrum harmonik. Ia menunjukkan amplitud dan frekuensi semua ayunan mudah yang disertakan dalamsistem sedemikian. Selalunya, spektrum dicerminkan dalam bentuk grafik.
Frekuensi ditanda pada paksi mendatar, dan amplitud ayunan sedemikian ditunjukkan di sepanjang paksi ordinat.
Sebarang pergerakan berayun: mekanikal, elektromagnet, dicirikan oleh kuantiti fizikal tertentu.
Pertama sekali, parameter ini termasuk amplitud, tempoh, kekerapan. Terdapat ungkapan matematik untuk setiap parameter, yang membolehkan anda menjalankan pengiraan, mengira secara kuantitatif ciri yang diingini.
