Механічні й електромагнітні коливання
Хоча механічні та електромагнітні коливання мають різну природу, між ними можна провести багато аналогій. Наприклад, розглянемо електромагнітні коливання в коливальному контурі і коливання вантажу на пружині.
Коливання вантажу на пружині
При механічних коливаннях тіла на пружині, координата тіла буде періодично змінюватися. При цьому будемо мінятися проекція швидкості тіла на вісь Ох. У електромагнітних коливаннях з протягом часу по періодичному закону буде змінюватися заряд q конденсатора, і сила струму в ланцюзі коливального контуру.
Величини будуть мати однаковий характер зміни. Це відбувається тому, що мається аналогія між умовами, у яких виникають коливання. Коли ми відводимо вантаж на пружині з положення рівновазі, в пружині виникає сила пружності F упр., Яка прагне повернути вантаж назад, у положення рівноваги. Коефіцієнтом пропорційності цієї сили буде жорсткість пружини k.
При розрядці конденсатора в ланцюзі коливального контуру з’являється струм. Розрядка обумовлена тим, що на пластинах конденсатора є напруга u. Ця напруга буде пропорційно заряду q будь-який з пластин. Коефіцієнтом пропорційності буде служити величина 1/C, Де С – ємність конденсатора.
При русі вантажу на пружині, коли ми відпускаємо його, швидкість тіла збільшується поступово, внаслідок інертності. І після припинення сили швидкість тіла не стає відразу рівною нулю, вона теж поступово зменшується.
Коливальний контур
Так само і в коливальному контурі. Електричний струм в котушці під дією напруги збільшується не відразу, а поступово, через явища самоіндукції. І коли напруга перестає діяти, сила струму не стає відразу рівною нулю.
Тобто в коливальному контурі індуктивність котушки L буде аналогічна масі тіла m, при коливаннях вантажу на пружині. Отже, кінетична енергія тіла (m*V ^ 2)/2, буде аналогічна енергії магнітного поля струму (L*i ^ 2)/2.
Коли ми виводимо вантаж з положення рівноваги, ми повідомляємо розумі деяку потенційну енергію (k*(Xm) ^ 2)/2, де Хm – зміщення від положення рівноваги.
У коливальному контурі роль потенційної енергії виконує енергія заряду конденсатора q ^ 2/(2*C). Можемо зробити висновок, що жорсткість пружини в механічних коливаннях буде аналогічна величиною 1/С, де С – ємність конденсатора в електромагнітних коливаннях. А координата тіла буде аналогічна заряду конденсатора.
Розглянемо докладніше процеси коливань, на наступному малюнку.
(а) Повідомляємо тілу потенційну енергію. За аналогією заряджаємо конденсатор.
(б) Відпускаємо кульку, потенційна енергія починає зменшуватися, зростає швидкість кульки. За аналогією, починає зменшуватися заряд на обкладинках конденсатора, в ланцюзі з’являється сила струму.
(в) Положення рівноваги. Потенційної енергії немає, швидкість тіла максимальна. Конденсатор розрядився, сила струму в ланцюзі максимальна.
(г) Тіло почне рух далі, потенційна енергія буде зростати, а швидкість зменшуватися. Конденсатор почне заряджатися, а сила струму зменшуватися.
(д) Тіло відхилилося в крайнє положенні, швидкість його стала рівною нулю, а потенційна енергія досягла свого максимуму. Конденсатор знову зарядився, сила струму в ланцюзі стала дорівнювати нулю.
Далі процес повторюється у зворотний бік.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)