pergerakan berayun. Getaran mekanikal. Getaran bebas dan paksa. Resonans. Transformasi tenaga ... Sifat biasa semua sistem berayun ialah kemunculan daya
"Ayunan seorang ahli fizik" - Mari cari perbezaan fasa ?? antara fasa sesaran x dan halaju?x. Daya yang mempunyai sifat yang berbeza, tetapi memuaskan (1) dipanggil kuasi-anjal. Kerana julat sinus dan kosinus dari +1 hingga -1. Fasa diukur dalam radian. , Atau. 1.5 Tenaga ayunan harmonik. Bahagian optik: geometri, gelombang, fisiologi.
"Resonans getaran paksa" - Resonans jambatan di bawah tindakan kejutan berkala apabila kereta api melalui sambungan rel. Dalam kejuruteraan radio. Resonans sangat kerap diperhatikan dalam alam semula jadi dan memainkan peranan besar dalam teknologi. Sifat fenomena Resonans pada dasarnya bergantung pada sifat sistem ayunan. Peranan resonans. Dalam kes lain, resonans memainkan peranan positif, contohnya:
"Gerakan bergetar" - Satu ciri gerakan berayun. Kedudukan betul yang melampau. Kedudukan kiri yang melampau. Bandul jam. V=0 m/s a=maks. mekanisme ayunan. Dahan-dahan pokok. Contoh pergerakan berayun. Kedudukan imbangan. Jarum mesin jahit. Mata air gerabak. Keadaan untuk berlakunya ayunan. Hayun. pergerakan berayun.
"Pelajaran getaran mekanikal" - II. 1. Ayunan 2. Sistem ayunan. 2. Sistem berayun - sistem badan yang mampu melakukan gerakan berayun. X [m] - mengimbangi. 1. Institusi pendidikan perbandaran - Gimnasium No. Getaran percuma. 3. Sifat utama sistem berayun. Sokongan teknikal pelajaran:
"Ayunan titik" - Ayunan paksa. 11. 10. 13. 12. Rintangan rendah. faktor dinamik. 4. Contoh getaran. 1. Contoh ayunan. Pergerakan dilembapkan dan aperiodik. Pergerakan = getaran bebas + getaran paksa. Kuliah 3: Ayunan Rectilinear titik material. 6. Getaran percuma.
"Pendulum fizikal dan matematik" - Dibuat oleh Yunchenko Tatyana. Bandul matematik. Persembahan
Gerakan berayun + §25, 26, Kel 23.turun naik adalah satu bentuk pergerakan yang sangat biasa. Anda pasti pernah melihat pergerakan berayun sekurang-kurangnya sekali dalam hidup anda dalam bandul berayun jam atau dahan pokok ditiup angin. Kemungkinan anda telah memetik tali gitar sekurang-kurangnya sekali dan melihatnya bergetar. Adalah jelas bahawa walaupun anda tidak melihatnya dengan mata anda sendiri, anda sekurang-kurangnya dapat membayangkan bagaimana jarum bergerak dalam mesin jahit atau piston dalam enjin.
Dalam semua kes ini, kita mempunyai badan yang secara berkala melakukan gerakan berulang. Pergerakan sedemikian yang dipanggil dalam ayunan fizik atau pergerakan berayun. Turun naik berlaku dalam kehidupan kita sangat, sangat kerap.
Bunyiadalah turun naik dalam ketumpatan dan tekanan udara,
gelombang radio– perubahan berkala dalam kekuatan medan elektrik dan magnet,
cahaya nampak- juga ayunan elektromagnet, hanya dengan panjang gelombang dan frekuensi yang berbeza sedikit.
gempa bumi- getaran tanah,
pasang surut- perubahan paras laut dan lautan, disebabkan oleh tarikan bulan dan mencapai di beberapa kawasan 18 meter,
degupan jantung- penguncupan berkala otot jantung manusia, dsb.
Perubahan terjaga dan tidur, bekerja dan berehat, musim sejuk dan musim panas... Malah setiap hari kita pergi bekerja dan pulang ke rumah berada di bawah takrif turun naik, yang ditafsirkan sebagai proses yang berulang tepat atau lebih kurang pada selang masa yang tetap.
Getaran adalah mekanikal, elektromagnet, kimia, termodinamik dan pelbagai lagi. Walaupun kepelbagaian ini, mereka semua mempunyai banyak persamaan dan oleh itu diterangkan oleh persamaan yang sama.
rumah ciri umum pergerakan berulang secara berkala - pergerakan ini diulang pada selang masa yang tetap, dipanggil tempoh ayunan.
Mari kita ringkaskan:getaran mekanikal - Ini adalah pergerakan badan yang berulang tepat atau lebih kurang pada selang masa yang sama.
Satu cabang fizik khas - teori ayunan - berkaitan dengan kajian undang-undang fenomena ini. Pembina kapal dan pembina pesawat, pakar industri dan pengangkutan, pencipta kejuruteraan radio dan peralatan akustik perlu mengetahui mereka.
Dalam proses membuat ayunan, badan sentiasa cenderung kepada kedudukan keseimbangan. Ayunan juga timbul kerana fakta bahawa seseorang atau sesuatu menyimpang badan yang diberikan dari kedudukan keseimbangannya, dengan itu memberikan tenaga badan, yang menyebabkan ayunan selanjutnya.
Getaran yang berlaku hanya disebabkan oleh tenaga primordial ini dipanggil getaran bebas. Ini bermakna mereka tidak memerlukan bantuan berterusan dari luar untuk mengekalkan pergerakan berayun. 
Kebanyakan turun naik dalam realiti kehidupan berlaku dengan redaman beransur-ansur disebabkan oleh daya geseran, rintangan udara, dan sebagainya. Oleh itu, ayunan bebas sering dipanggil ayunan sedemikian, redaman beransur-ansur yang boleh diabaikan untuk tempoh pemerhatian.
Dalam kes ini, semua badan yang bersambung dan terlibat secara langsung dalam ayunan secara kolektif dipanggil sistem ayunan. Dalam kes umum, biasanya dikatakan bahawa sistem berayun ialah sistem di mana ayunan boleh wujud.
Khususnya, jika jasad yang digantung secara bebas berayun pada benang, maka jasad itu sendiri, penggantungan, akan memasuki sistem berayun, di mana ampaian dan Bumi dilekatkan dengan tarikannya, yang membuat badan berayun, sentiasa mengembalikannya ke keadaan rehat. 
Badan sedemikian adalah bandul. Dalam fizik, beberapa jenis pendulum dibezakan: benang, musim bunga, dan beberapa yang lain. Semua sistem di mana badan berayun atau penggantungannya boleh diwakili secara bersyarat sebagai benang adalah sistem filamen. Jika bola ini dialihkan dari kedudukan keseimbangan dan dilepaskan, maka ia akan bermula teragak-agak, iaitu, untuk melakukan pergerakan berulang, secara berkala melalui kedudukan keseimbangan.
Nah, pendulum spring, seperti yang anda fikirkan, terdiri daripada badan dan spring tertentu yang boleh berayun di bawah tindakan daya kenyal spring.
Model utama untuk memerhati ayunan ialah bandul matematik yang dipanggil. Bandul matematik dipanggil badan bersaiz kecil (berbanding dengan panjang benang), digantung pada benang yang tidak dapat dipanjangkan nipis, jisimnya boleh diabaikan berbanding dengan jisim. badan. Ringkasnya, dalam penaakulan kami, kami tidak mengambil kira benang bandul sama sekali.
Apakah sifat yang harus dimiliki oleh badan supaya kita boleh mengatakan dengan selamat bahawa ia membentuk sistem berayun, dan kita boleh menerangkannya secara teori dan matematik.
Nah, fikirkan sendiri bagaimana pergerakan berayun berlaku untuk bandul filamen.
Sebagai petunjuk - gambar.
(atau getaran semula jadi) ialah ayunan sistem berayun, dilakukan hanya disebabkan oleh tenaga yang dilaporkan pada mulanya (berpotensi atau kinetik) tanpa ketiadaan pengaruh luar.
Tenaga potensi atau kinetik boleh disampaikan, contohnya, dalam sistem mekanikal melalui anjakan awal atau halaju awal.
Jasad yang berayun bebas sentiasa berinteraksi dengan jasad lain dan bersama-sama dengannya membentuk satu sistem badan yang dipanggil sistem ayunan.
Sebagai contoh, spring, bola dan tiang menegak di mana hujung atas spring dipasang (lihat rajah di bawah) dimasukkan ke dalam sistem berayun. Di sini bola meluncur bebas sepanjang tali (daya geseran boleh diabaikan). Jika anda membawa bola ke kanan dan membiarkannya sendiri, ia akan berayun bebas di sekitar kedudukan keseimbangan (titik TENTANG) disebabkan oleh tindakan daya kenyal spring yang diarahkan ke arah kedudukan keseimbangan.
Satu lagi contoh klasik sistem ayunan mekanikal ialah pendulum matematik (lihat rajah di bawah). Dalam kes ini, bola melakukan ayunan bebas di bawah tindakan dua daya: graviti dan daya kenyal benang (Bumi juga memasuki sistem ayunan). Hasilnya diarahkan ke kedudukan keseimbangan.
Daya yang bertindak antara badan sistem ayunan dipanggil kuasa dalaman. Pasukan luar dipanggil daya yang bertindak ke atas sistem daripada badan yang tidak termasuk di dalamnya. Dari sudut pandangan ini, ayunan bebas boleh ditakrifkan sebagai ayunan dalam sistem di bawah tindakan daya dalaman selepas sistem dikeluarkan daripada keseimbangan.
Syarat-syarat terjadinya getaran bebas ialah:
1) kemunculan daya di dalamnya yang mengembalikan sistem ke kedudukan keseimbangan yang stabil selepas ia dikeluarkan dari keadaan ini;
2) tiada geseran dalam sistem.
Dinamik ayunan bebas.
Getaran badan di bawah tindakan daya kenyal. Persamaan gerakan berayun jasad di bawah tindakan daya kenyal F() boleh diperolehi dengan mengambil kira hukum kedua Newton ( F = ma) dan hukum Hooke ( Kawalan F = -kx), Di mana m ialah jisim bola, dan ialah pecutan yang diperolehi oleh bola di bawah tindakan daya kenyal, k- pekali kekakuan spring, X ialah sesaran jasad daripada kedudukan keseimbangan (kedua-dua persamaan ditulis dalam unjuran pada paksi mendatar Oh). Menyamakan sisi kanan persamaan ini dan mengambil kira bahawa pecutan A ialah terbitan kedua bagi koordinat X(offset), kita dapat:
.
Begitu juga, ungkapan untuk pecutan A kita dapat dengan membezakan ( v = -v m sin ω 0 t = -v m x m cos (ω 0 t + π/2)):
a \u003d -a m cos ω 0 t,
di mana a m = ω 2 0 x m ialah amplitud pecutan. Oleh itu, amplitud kelajuan ayunan harmonik adalah berkadar dengan frekuensi, dan amplitud pecutan adalah berkadar dengan kuasa dua frekuensi ayunan.
Pergerakan getaran meluas dalam kehidupan di sekeliling kita. Contoh ayunan ialah: pergerakan jarum mesin jahit, ayunan, bandul jam, sayap serangga semasa penerbangan, dan banyak badan lain.
Banyak perbezaan boleh didapati dalam pergerakan badan-badan ini. Sebagai contoh, buaian bergerak dalam fesyen melengkung, manakala jarum mesin jahit bergerak dalam garis lurus; bandul jam berayun pada skala yang lebih besar daripada sayap pepatung. Pada masa yang sama, sesetengah badan boleh membuat bilangan ayunan yang lebih besar daripada yang lain.
Tetapi dengan semua kepelbagaian pergerakan ini, mereka mempunyai ciri umum yang penting: selepas tempoh masa tertentu, pergerakan mana-mana badan diulang.
Sesungguhnya, jika bola diambil dari kedudukan keseimbangan dan dilepaskan, maka, setelah melepasi kedudukan keseimbangan, ia akan menyimpang ke arah yang bertentangan, berhenti, dan kemudian kembali ke tempat di mana pergerakan itu bermula. Ayunan ini akan diikuti oleh yang kedua, ketiga, dsb., serupa dengan yang pertama.
Tempoh masa selepas pergerakan berulang dipanggil tempoh ayunan.
Oleh itu, mereka mengatakan bahawa gerakan berayun adalah berkala.
Dalam gerakan badan berayun, sebagai tambahan kepada periodicity, terdapat satu lagi ciri biasa.
Beri perhatian!
Untuk tempoh masa yang sama dengan tempoh ayunan, mana-mana jasad melepasi kedudukan keseimbangan dua kali (bergerak dalam arah yang bertentangan).
Pergerakan yang berulang pada selang masa yang tetap, di mana badan berulang kali dan dalam arah yang berbeza melepasi kedudukan keseimbangan, dipanggil getaran mekanikal.
Di bawah tindakan daya yang mengembalikan badan ke kedudukan keseimbangan, badan boleh berayun seolah-olah dengan sendirinya. Pada mulanya, daya ini timbul disebabkan oleh prestasi beberapa kerja pada badan (meregangkan spring, mengangkatnya ke ketinggian, dll.), Yang membawa kepada komunikasi sejumlah tenaga kepada badan. Disebabkan tenaga ini, getaran berlaku.
Contoh:
Untuk membuat ayunan membuat pergerakan berayun, anda mesti terlebih dahulu membawanya keluar dari keseimbangan dengan menolak dengan kaki anda, atau melakukannya dengan tangan anda.
Ayunan yang berlaku disebabkan hanya rizab tenaga awal jasad yang berayun tanpa adanya pengaruh luar padanya dipanggil ayunan bebas.
Contoh:
Contoh getaran bebas jasad ialah getaran beban yang digantung pada spring. Pada mulanya tidak seimbang oleh daya luaran, beban kemudiannya akan turun naik hanya disebabkan oleh daya dalaman sistem "beban-spring" - daya graviti dan keanjalan.
Syarat untuk berlakunya ayunan bebas dalam sistem:
a) sistem mesti berada dalam kedudukan keseimbangan yang stabil: apabila sistem menyimpang daripada kedudukan keseimbangan, daya mesti timbul yang cenderung untuk mengembalikan sistem kepada kedudukan keseimbangan - daya pemulihan;
b) sistem mempunyai tenaga mekanikal yang berlebihan berbanding tenaganya dalam kedudukan keseimbangan;
c) lebihan tenaga yang diterima oleh sistem apabila ia disesarkan daripada kedudukan keseimbangan tidak seharusnya dibelanjakan sepenuhnya untuk mengatasi daya geseran apabila kembali ke kedudukan keseimbangan, i.e. daya geseran dalam sistem mestilah cukup kecil.
Jasad yang berayun bebas sentiasa berinteraksi dengan jasad lain dan bersama-sama dengannya membentuk satu sistem jasad, yang dipanggil sistem ayunan.
Sistem badan yang mampu melakukan ayunan bebas dipanggil sistem berayun.
Salah satu sifat umum utama semua sistem ayunan ialah kemunculan di dalamnya daya yang mengembalikan sistem ke kedudukan keseimbangan yang stabil.
Contoh:
Dalam kes getaran bola pada benang, bola berayun bebas di bawah tindakan dua daya: daya graviti dan daya kenyal benang. Hasilnya diarahkan ke kedudukan keseimbangan.
Getaran mekanikal – Ini adalah pergerakan yang tepat atau lebih kurang berulang pada selang masa yang tetap. (Sebagai contoh, hayunan dahan di atas pokok, bandul jam, kereta di mata air, dan sebagainya.)
Terdapat turun naik percuma Dan terpaksa.
Ayunan yang berlaku dalam sistem di bawah tindakan daya dalaman dipanggilpercuma. Semua getaran percuma diredam. (Sebagai contoh: getaran tali selepas dipukul)
Ayunan yang dibuat oleh badan di bawah tindakan daya berubah secara berkala luaran dipanggilterpaksa (Sebagai contoh: getaran bahan kerja logam apabila tukang besi bekerja dengan tukul).
Keadaan untuk berlakunya ayunan bebas :
- Apabila jasad dikeluarkan dari kedudukan keseimbangan, daya mesti timbul dalam sistem, berusaha untuk mengembalikannya ke kedudukan keseimbangan;
- Daya geseran dalam sistem mestilah sangat kecil (iaitu cenderung kepada sifar).
… E kerabat → E R → E kerabat →…
Mengenai contoh getaran badan pada benang, kita lihat penukaran tenaga . Dalam kedudukan 1, kita memerhatikan keseimbangan sistem ayunan. Kelajuan dan, akibatnya, tenaga kinetik badan adalah maksimum. Apabila bandul menyimpang dari kedudukan keseimbangan, ia naik ke ketinggian h berbanding tahap sifar, oleh itu, pada titik A, bandul mempunyai tenaga berpotensi E r . Apabila bergerak ke kedudukan keseimbangan, ke titik O, ketinggian berkurangan kepada sifar, dan kelajuan beban meningkat, dan pada titik O keseluruhan tenaga keupayaan E r bertukar menjadi tenaga kinetik Ye kerabat . Dalam kedudukan keseimbangan, tenaga kinetik berada pada tahap maksimum dan tenaga keupayaan berada pada tahap minimum. Selepas melepasi kedudukan keseimbangan dengan inersia, tenaga kinetik ditukar kepada tenaga keupayaan, kelajuan bandul berkurangan dan pada maksimum
artikel berkaitan
