Vibrazioni meccaniche: cos'è?

Il tempo dovrebbe essere dedicato a un breve saggio sul movimento oscillatorio. Ma prima devi rispondere a una domanda importante. Cosa si intende per vibrazioni meccaniche? Con essi significano movimento, durante il quale il corpo osservato occupa ripetutamente le stesse posizioni nello spazio.

I fisici distinguono le oscillazioni non periodiche e periodiche. Il primo include quelli di cui le coordinate e le altre caratteristiche del corpo non possono essere descritte usando funzioni periodiche del tempo. Con la seconda vista è più facile. Le oscillazioni periodiche sono quelle che possono essere descritte usando funzioni periodiche del tempo. Ma cosa intendono per loro? In fisica, le oscillazioni sono spesso intese come processi che si ripetono in una certa misura nel tempo. E separatamente per quanto riguarda l'argomento in esame, si dovrebbe dire quanto segue. Le oscillazioni meccaniche possono essere classificate condizionalmente come segue:

1. A seconda delle condizioni di accadimento:
1. forzato;
2. Auto-oscillazioni;
3. Libero.
2. A seconda del cambiamento di energia cinetica nel tempo:
1. armonico;
2. dente di sega;
3. Smorzato.

L'articolo prenderà in considerazione non tutti, ma solo alcuni tipi di vibrazioni. Dovremmo anche menzionare le formule, il loro uso e la loro diversità. In breve, molti di loro. La varietà in cui sono presentate le oscillazioni meccaniche, le formule per determinare i loro parametri, ha spinto gli scienziati a creare libri di riferimento separati progettati per situazioni specifiche. Non è necessario inventare nulla da solo. Quando si crea un sistema oscillatorio, sarà necessario solo passare mezz'ora o un'ora per trovare una formula per una situazione specifica.

Caratteristica delle vibrazioni meccaniche

Le grandezze fisiche sono utilizzate per caratterizzare le vibrazioni meccaniche, che forniscono i dati necessari. L'ampiezza dell'oscillazione è la più grande deviazione del corpo, che oscilla dal valore iniziale della posizione. E qual è il periodo? In esso, le vibrazioni sono il tempo in cui il corpo ha bisogno di ripetere tutti i suoi movimenti, o in altre parole, ci vuole per eseguire una ripetizione di movimento. Cosa si intende per frequenza? Sotto capisci il numero uguale al numero di oscillazioni fatte per una unità di tempo. Spesso in esperimenti a casa, a scuola e all'università per la frequenza di prendere un secondo. La frequenza ciclica viene spesso utilizzata al posto della nozione del numero di oscillazioni che si verificano per unità di tempo e implica il suo calcolo, necessario per eseguire uno di questi cicli.

Vibrazioni meccaniche armoniche

Per oscillazioni armoniche si intendono quelle di loro la cui quantità fisica selezionata per la caratteristica varia su un intervallo di tempo sotto forma di una curva sinusoidale, che è facile da visualizzare in modalità grafica. Quando cambi le coordinate punto materiale secondo la legge armonica, anche l'impulso, la velocità e l'accelerazione variano a seconda di esso.

Oscillazioni libere

Quando l'oscillazione viene effettuata nel sistema a causa dell'energia iniziale, viene chiamata libera. Come dimostrazione pratica di questo tipo di processo fisico, vengono utilizzati modelli speciali: i pendoli a molla e matematici. Ti permettono di lavorare con le situazioni più comuni. Come un pendolo matematico, prendono un punto che oscilla e si blocca su un filo inestensibile e senza peso. Non esiste un tale dispositivo sulla terra. Pertanto, il più vicino al modello teorico è una struttura composta da una sfera, il cui diametro (dimensioni) è significativamente inferiore alla lunghezza della filettatura. È necessario effettuare azioni fisiche. Deviare una tale palla dalla sua posizione iniziale e rilasciare. E così ogni sperimentatore sarà in grado di vedere le vibrazioni meccaniche. Il periodo e la loro frequenza dipendono esclusivamente dai parametri del sistema: la lunghezza del filo del pendolo matematico, la rigidità della molla e la massa del carico (importante per il pendolo a molla). Per questo motivo oscillazioni libere chiamato anche oscillazioni del sistema stesso. È abbastanza logico. E la frequenza con cui tutto accade è chiamato sistema uno.

La trasformazione dell'energia durante le vibrazioni meccaniche

Potenziale e energia cinetica quando il corpo si muove l'uno nell'altro. E lo stesso è il contrario. Quando il sistema si discosta dalla posizione di equilibrio iniziale al valore più grande possibile, l'energia potenziale raggiunge anche il suo valore massimo, mentre la cinetica del corpo - il minimo. Separatamente, si dovrebbe dire di un equivoco, popolare tra le persone. Quando l'equilibrio è raggiunto, energia potenziale si trova al suo minimo (di solito è considerato pari a zero qui), mentre la cinetica (e questo è sia il momento del corpo che la velocità del suo movimento) raggiunge il massimo. In pratica, viene preso in considerazione qualcos'altro. Nei sistemi reali ci sono forze non potenziali il cui valore non è uguale a zero. L'energia del sistema viene sprecata a causa del lavoro delle forze di supporto, dell'attrito dell'aria, delle forze elastiche interne o delle sospensioni. L'ampiezza dell'oscillazione del corpo diminuisce gradualmente. Tali oscillazioni sono chiamate smorzate. se forza di attrito è troppo grande, l'intera fornitura di energia può essere consumata entro un singolo periodo di oscillazione e il movimento del corpo non sarà periodico.

Vibrazioni forzate

Sotto le oscillazioni forzate capisci quelli di loro che si verificano sotto l'influenza di una forza esterna, eseguendo un lavoro che cambia nel tempo. C'è un'altra formulazione. A causa dell'afflusso di energia esterno, viene mantenuto nel sistema ad un livello sufficiente in modo che si verifichino le oscillazioni effettive. Per capirlo, è necessario tracciare paralleli con la realtà. Un esempio di un oggetto che esegue questo tipo di oscillazione è un'oscillazione, su cui una persona si siede e la seconda la oscilla. C'è una sfumatura. Se una forza esterna compensa la perdita di energia nel sistema in modo continuo o periodico, senza arrestare il processo di oscillazioni, vengono chiamate forzate non sbiadite.

Sulla gamma si può notare quanto segue. L'ampiezza delle oscillazioni forzate è completamente determinata dalla forza che agisce dall'esterno, nonché dal rapporto tra le frequenze naturali delle parti coinvolte nel processo. E qui c'è un fenomeno interessante. Quando le oscillazioni forzate possono essere periodicamente osservate un forte aumento dell'ampiezza, che è chiamata risonanza.

risonanza

Si verifica nei casi in cui la forza che influenza il sistema diventa molto vicina alla sua frequenza di oscillazione. Un'altra opzione è possibile. Nel caso in cui la frequenza della forza di influenza sia un multiplo delle oscillazioni del sistema stesso, su cui agisce, si verifica anche la risonanza. Come viene rappresentato graficamente? La dipendenza delle ampiezze delle oscillazioni del sistema sulla frequenza della forza che influenza è espressa usando la curva di risonanza.

Oscillazioni automatiche

Il loro uso di auto-oscillazione si trova nella tecnica. Esistono dove vengono mantenute oscillazioni sostenute grazie alla fonte di energia, che può accendere e spegnere automaticamente il sistema stesso. In questi casi, è possibile considerare seriamente la questione dell'assegnazione di uno stato auto-oscillatorio al sistema. Perché? Il momento in cui è necessario fornire energia per l'oscillazione è monitorato dal sottosistema responsabile del feedback. A seconda dei parametri del corpo, può influenzare fortemente e immediatamente, o gradualmente e gradualmente. Può aprire o chiudere l'opportunità per l'energia di fluire nel sistema generale. Questo è il suo compito principale. Come esempio di un sistema auto-oscillante, possiamo ricordare un orologio a pendolo, dove la fonte di energia è un peso, e il meccanismo di ancoraggio riesce a far fronte con successo al sottosistema di feedback che regola il flusso cinetico, da cui dipendono le vibrazioni meccaniche.

Oscillazioni parametriche

Sotto questo tipo di oscillazione sono definiti quelli che si verificano nei sistemi che cambiano periodicamente i loro parametri. Cosa puoi dire di loro? L'unica cosa che determina l'ampiezza e la forza del sistema oscillante sono i suoi parametri.