Oscillazioni: meccaniche ed elettromagnetiche. Vibrazioni libere e forzate. caratteristica

Uno degli argomenti più interessanti della fisica sono le oscillazioni. Lo studio della meccanica è strettamente connesso con loro, con il modo in cui i corpi, che sono influenzati dall'una o dall'altra forza, si comportano. Quindi, studiando le oscillazioni, possiamo osservare i pendoli, vedere la dipendenza dell'ampiezza dell'oscillazione sulla lunghezza del filo su cui pende il corpo, sulla rigidità della molla e sul peso del carico. Nonostante l'apparente semplicità, questo argomento è lungi dall'essere dato a tutti con la stessa facilità con cui vorremmo. Pertanto, abbiamo deciso di raccogliere le informazioni più conosciute sulle vibrazioni, i loro tipi e proprietà e di compilare per voi un breve riassunto su questo argomento. Forse ti sarà utile.

Definizione del concetto

Prima di parlare di concetti come oscillazioni meccaniche, elettromagnetiche, libere, forzate, sulla loro natura, caratteristiche e tipi, condizioni di occorrenza, questo concetto dovrebbe essere definito. Quindi, in fisica, l'oscillazione è il nome del processo che si ripete continuamente di cambiamento di stato attorno a un punto nello spazio. L'esempio più semplice è il pendolo. Ogni volta che oscilla, devia da un certo punto verticale, prima a uno e poi all'altro lato. La teoria delle oscillazioni e delle onde sta studiando il fenomeno.

Cause e condizioni di accadimento

Come ogni altro fenomeno, le oscillazioni si verificano solo se vengono soddisfatte determinate condizioni. Le oscillazioni meccaniche forzate, come quelle libere, si verificano quando condizioni quali:

1. La presenza di una forza che rimuove il corpo da uno stato di equilibrio stabile. Ad esempio, una spinta di un pendolo matematico a cui inizia il movimento.

2. La presenza di un minimo forze d'attrito nel sistema. Come è noto, l'attrito rallenta alcuni processi fisici. Maggiore è la forza di attrito, minore è la probabilità che si verifichino oscillazioni.

3. Una delle forze deve dipendere dalle coordinate. Cioè, il corpo cambia la sua posizione in un certo sistema di coordinate rispetto ad un certo punto.

Tipi di vibrazioni

Avendo affrontato il fatto che tale fluttuazione, esaminiamo la loro classificazione. Ci sono due delle classificazioni più conosciute - dalla natura fisica e dalla natura dell'interazione con l'ambiente. Quindi, secondo il primo segno, vengono emessi meccanici ed elettromagnetici, e secondo la seconda, vibrazioni libere e forzate. Ci sono anche auto-oscillazioni, oscillazioni smorzate. Ma parleremo solo dei primi quattro tipi. Diamo un'occhiata più da vicino a ciascuno di essi, ne scopriamo le caratteristiche e forniamo anche una breve descrizione delle loro caratteristiche principali.

meccanico

È con il meccanico che inizia lo studio delle oscillazioni nel corso di fisica della scuola. Gli studenti iniziano la loro conoscenza con loro in questo modo la sezione di fisica come un meccanico. Nota che questi processi fisici avvengono nell'ambiente e possiamo osservarli ad occhio nudo. Con tali vibrazioni, il corpo esegue ripetutamente lo stesso movimento, passando una certa posizione nello spazio. Esempi di tali oscillazioni sono gli stessi pendoli, la vibrazione di un diapason o corda di chitarra, il movimento di foglie e rami in un albero e uno swing.

elettromagnetico

Dopo aver appreso con fermezza un concetto come le oscillazioni meccaniche, inizia lo studio delle oscillazioni elettromagnetiche, che sono più complesse nella loro struttura, poiché questa specie scorre in vari modi. circuiti elettrici. In questo processo, le oscillazioni si osservano nei campi elettrici e magnetici. Nonostante il fatto che oscillazioni elettromagnetiche hanno una natura leggermente diversa dell'occorrenza, le leggi per loro sono le stesse di quelle meccaniche. Quando le oscillazioni elettromagnetiche possono cambiare non solo l'intensità del campo elettromagnetico, ma anche tali caratteristiche come la forza della carica e della corrente. È anche importante notare che ci sono oscillazioni elettromagnetiche libere e forzate.

Oscillazioni libere

Questo tipo di oscillazione avviene sotto l'influenza di forze interne quando il sistema è derivato da uno stato di equilibrio stabile o di riposo. Le oscillazioni libere sono sempre attenuate, il che significa che la loro ampiezza e frequenza diminuiscono con il tempo. Un chiaro esempio di questo tipo di oscillazione è il movimento di un carico sospeso da un filo e oscillante da un lato all'altro; carico attaccato alla molla, poi cadendo sotto l'azione della gravità, poi risalendo sotto l'azione della molla. A proposito, è questo tipo di oscillazioni che vengono prestate attenzione quando si studia la fisica. E la maggior parte dei compiti sono dedicati alle oscillazioni libere, non a quelle forzate.

costretto

Nonostante il fatto che questo tipo di processo sia studiato dagli studenti con minore dettaglio, sono le oscillazioni forzate che si trovano più spesso in natura. Un esempio piuttosto vivido di questo fenomeno fisico può essere il movimento di rami sugli alberi in caso di vento. Tali fluttuazioni avvengono sempre sotto l'influenza di fattori e forze esterne e si verificano in qualsiasi momento.

Caratteristiche di oscillazione

Come ogni altro processo, le vibrazioni hanno le loro caratteristiche. Esistono sei parametri principali del processo oscillatorio: ampiezza, periodo, frequenza, fase, spostamento e frequenza ciclica. Naturalmente, ognuno di essi ha le sue designazioni, così come unità di misura. Esaminiamoli più in dettaglio, concentrandoci su una breve descrizione. In questo caso, non dipingeremo le formule utilizzate per calcolare un valore particolare, in modo da non confondere il lettore.

spostamento

Il primo è offset. Questa caratteristica mostra la deviazione del corpo dal punto di equilibrio in un dato momento. Si misura in metri (m), la designazione generalmente accettata è x.

Ampiezza dell'oscillazione

Questo valore indica il più grande spostamento del corpo dal punto di equilibrio. In presenza di un'oscillazione continua è un valore costante. Si misura in metri, la designazione generalmente accettata è x _m .

Periodo dell'oscillazione

Un altro valore che indica il tempo in cui avviene un'oscillazione completa. La notazione generalmente accettata è T, misurata in secondi (s).

frequenza

L'ultima caratteristica di cui parleremo è frequenza di oscillazione. Questo valore indica il numero di oscillazioni in un determinato periodo di tempo. Misurato in Hertz (Hz) e denotato come ν.

Tipi di pendoli

Quindi, abbiamo smontato le vibrazioni forzate, abbiamo parlato di libero, il che significa che dovremmo anche menzionare i tipi di pendoli che sono usati per creare e studiare le vibrazioni libere (in condizioni scolastiche). Qui possiamo distinguere due tipi: matematico e armonico (primavera). Il primo è una sorta di corpo sospeso da un filo inestensibile, la cui dimensione è uguale a l (la principale quantità significativa). Il secondo è un carico collegato alla molla. È importante conoscere la massa del carico (m) e la rigidità della molla (k).

risultati

Quindi, abbiamo capito che ci sono oscillazioni meccaniche ed elettromagnetiche, ha dato la loro breve caratteristica, descritto le cause e le condizioni per il verificarsi di questi tipi di oscillazioni. Hanno detto alcune parole sulle principali caratteristiche di questi fenomeni fisici. Abbiamo anche capito il fatto che ci sono oscillazioni forzate e quelle libere. Determinato in che modo differiscono l'uno dall'altro. Inoltre, abbiamo detto alcune parole sui pendoli utilizzati nello studio delle vibrazioni meccaniche. Speriamo che questa informazione ti sia stata utile.