Гармонійні коливання

Гармонійні коливання – коливання, що здійснюються за законами синуса і косинуса. На наступному малюнку представлений графік зміни координати точки з плином часу за законом косинуса.

Амплітуда коливань
Амплітудою гармонійного коливання називається найбільше значення зміщення тіла від положення рівноваги. Амплітуда може приймати різні значення. Вона залежатиме від того, наскільки ми змістимо тіло в початковий момент часу від положення рівноваги.

Амплітуда визначається початковими умовами, тобто енергією сообщаемой тілу в початковий момент часу. Так як синус і косинус можуть приймати значення в діапазоні від -1 до 1, то в рівнянні повинен бути присутнім множник Xm, що виражає амплітуду коливань. Рівняння руху при гармонійних коливаннях:

X = Xm*cos (?0*t).

Період коливань
Період коливань – це час здійснення одного повного коливання. Період коливання позначається буквою Т. Одиниці виміру періоду відповідають одиницям часу. Тобто в СІ – це секунди.

Частота коливань – кількість коливань скоєних в одиницю часу. Частота коливань позначається буквою?. Частоту коливань можна виразити через період коливання.

? = 1/Т.

Одиниці виміру частоти в СІ 1/сек. Ця одиниця виміру отримала назву Герца. Число коливань за час 2*pi секунд буде дорівнювати:

?0 = 2*pi*? = 2*pi/T.

Частота коливань

Дана величина називається циклічною частотою коливань. У деякій літературі зустрічається назва кругова частота. Власна частота коливальної системи – частота вільних коливань.

Частота власних коливань розраховується за формулою:

?0 = ? (k/m)

Частота власних коливань залежить від властивостей матеріалу і маси вантажу. Чим більше жорсткість пружини, тим більше частота власних коливань. Чим більше маса вантажу, тим менше частота власних коливань.

Ці два висновки очевидні. Чим жорсткіша пружина, тим більше прискорення вона повідомить тілу, при виведенні системи з рівноваги. Чим більше маса тіла, тим повільніше змінюватиметься це швидкість цього тіла.

Період вільних коливань:

T = 2*pi/?0 = 2*pi*? (m/k)

Примітний той факт, що при малих кутах відхилення період коливання тіла на пружині і період коливання маятника не залежатимуть від амплітуди коливань.

Запишемо формули періоду і частоти вільних коливань для математичного маятника.

?0 = ? (g/l),

Тоді період буде дорівнює

T = 2*pi*? (l/g).

Дана формула буде справедлива лише для малих кутів відхилення. З формули бачимо, що період коливань зростає із збільшенням довжини нитки маятника. Чим більше буде довжина, тим повільніше тіло буде коливатися.

Від маси вантажу період коливань абсолютно не залежить. Зате залежить від прискорення вільного падіння. При зменшенні g, період коливань буде збільшуватися. Дана властивість широко використовують на практиці. Наприклад, для вимірювання точного значення вільного прискорення.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.50 out of 5)

Гармонійні коливання