Презентація на тему
Вільні коливання
Приємного перегляду. Впереді багато цікавого. Ви поринаєте у світ фізики))))
Вільними (власними) коливаннями системи називають коливання, які відбуваються у відсутності змінних зовнішніх дій на коливальну систему і виникають внаслідок якогось початкового відхилення цієї системи від стану її стійкої рівноваги. Оскільки в реальних системах завжди діють сили тертя, то вільні коливання, як правило, є згасаючими. В природі, і особливо в техніці, надзвичайно велику роль грають тіла і пристрої, які самі по собі здатні здійснювати періодичні рухи «Самі по собі» - це означає: що на них не діють зовнішні сили. Такі коливання називають тому вільними коливаннями на відміну від вимушених, які відбуваються під дією періодично змінних зовнішніх сил. Якщо, наприклад, періодично штовхати двері і тягнути їх назад, то вони буде відкриватися і закриватися, тобто буде здійснюватися періодичний вимушений рух. Але самі по собі вони не може рухатися періодично: якщо двері штовхнути і надати їм рухатись, то рух не буде повторюваним.Інша річ, якщо штовхнути або відхилити від вертикалі вантаж, який висить на мотузці. Він почне гойдатися, тобто буде сам по собі здійснювати періодичний рух. Це і будуть вільні коливання.
Прикладом цих коливань можуть бути дерева під дією вітру. Якщо тіло в момент початку дії змушувальної сили було нерухомим, то спочатку амплітуда його коливань поступово зростає, а через певний час досягає максимального значення і далі вже не збільшується. Важливе явище спостерігається у разі, коли частота змушувальної сили збігається з частотою коливань тіла, на яке ця сила діє. При цьому амплітуда коливань досягає максимального значення, яке у багато разів може перевищувати амплітуду вільних коливань. Таке явище називають резонансом. В ідеальному випадку, коли в системі немає опору, резонанс настає, якщо частоти змушувальної сили і вільних коливань системи збігаються. Амплітуда коливань при цьому нескінченно зростає. Приклади вільних коливань періодично коливатися вода у склянці, вантаж, підвішений на пружині, вагон або автомобіль на своїх ресорах, гойдалки, затиснута одним кінцем металева пластинка, натягнута струна, стрілка компаса і т. д. Пояснити явище резонансу найпростіше на основі таких міркувань. Під час резонансу створюються найсприятливіші умови для передавання енергії від зовнішнього джерела періодично змінної сили до коливальної системи, в якій можуть виникати вільні коливання. У коливальній системі, де не виникають вільні коливання, резонанс не спостерігається.Для того щоб у системі виникли вільні коливання, необхідно:
- Наявність положення стійкої рівноваги системи. Так, вільні коливання виникнуть у системі, зображеній на рисунку 1, а; у випадках б і вони не виникнуть
- Наявність у матеріальної точки надмірної механічної енергії в порівнянні з її енергією в положенні стійкої рівноваги. Так, у системі (рис. 1, а) треба, наприклад, тіло вивести з положення рівноваги: тобто надати надлишок потенціальної енергії.
- Дія на матеріальну точку повертаючої сили, тобто сили, завжди спрямованої до положення рівноваги. У системі, зображеній на рис. 1, а, повертаючою силою є рівнодіюча сила тяжіння і сила нормальної реакції опори
4.В ідеальних коливальних системах сили тертя відсутні, і коливання які виникли можуть тривати довго. В реальних умовах коливання відбуваються при наявності сил опору. Щоб коливання виникло і тривало, надлишкова енергія, отримана матеріальною точкою при зміщенні з положення стійкої рівноваги, не повинна бути повністю розтраченою на подолання опору при поверненні в це положення
Основна відмінність між вимушеними та вільними коливаннями полягає в тому, що при вільних коливанннях система отримує енергію один раз
- В підсумку ви дізнались, що таке вільні коливання, де вони застосовуються, де ми їх бачимо у реальному житті. Дізнались, чим вони відрізняються від виштовхувальних. Також дізнались їхнє визначення