Fizikte belirli parametrelerle karakterize edilen farklı salınım türleri vardır. Ana farklılıklarını, farklı faktörlere göre sınıflandırmayı düşünün.
Temel tanımlar
Alt dalgalanma, düzenli aralıklarla hareketin temel özelliklerinin aynı değerlere sahip olduğu bir süreç anlamına gelir.
Periyodik salınımlar, temel niceliklerin değerlerinin düzenli aralıklarla (salınım periyodu) tekrarlandığı salınımlardır.
Salınım süreçlerinin çeşitleri
Temel fizikte var olan başlıca salınım türlerini ele alalım.
Serbest titreşimler, ilk şoktan sonra harici değişken etkilere maruz kalmayan bir sistemde meydana gelen titreşimlerdir.
Serbest salınım örneği, matematiksel bir sarkaçtır.
Dış değişken bir kuvvetin etkisi altında sistemde meydana gelen bu tür mekanik titreşimler.
Sınıflandırmanın özellikleri
Fiziksel doğası gereği, aşağıdaki salınım hareketleri türleri ayırt edilir:
- mekanik;
- termal;
- elektromanyetik;
- karışık.
Çevre ile etkileşim seçeneğine göre
Çevre ile etkileşimdeki dalgalanma türleri birkaç gruba ayrılır.
Zorunlu salınımlar, harici bir periyodik eylemin etkisi altında sistemde görünür. Bu tür salınımlara örnek olarak ellerin, ağaçların üzerindeki yaprakların hareketini ele alabiliriz.
Zorunlu harmonik salınımlar için, dış etki ve osilatörün frekansının eşit değerleriyle, genlikte keskin bir artış olan bir rezonans görünebilir.
Denge dışına çıktıktan sonra iç kuvvetlerin etkisi altında sistemdeki kendi titreşimleri. Serbest titreşimlerin en basit çeşidi, bir dişe asılan veya bir yaya bağlı olan bir yükün hareketidir.
Kendi kendine salınımlar, sistemin salınım yapmak için kullanılan belirli bir miktarda potansiyel enerjiye sahip olduğu türlerdir. Bunların ayırt edici özelliği, genliğin başlangıç koşullarıyla değil, sistemin kendi özellikleriyle karakterize edilmesidir.
Rastgele dalgalanmalar için, harici yükün rastgele bir değeri vardır.
Salınım hareketlerinin temel parametreleri
Tüm titreşim modlarının ayrı ayrı belirtilmesi gereken belirli özellikleri vardır.
Genlik, denge konumundan maksimum sapmadır, dalgalı bir değerin sapması, metre cinsinden ölçülür.
Dönem, bir tam dönüşün zamanıdır,sistem özelliklerini tekrarlayan saniye cinsinden hesaplanır.
Frekans, zaman birimi başına salınım sayısı ile belirlenir, salınım periyodu ile ters orantılıdır.
Salınım aşaması sistemin durumunu karakterize eder.
Harmonik salınımların özelliği
Bu tür salınımlar kosinüs veya sinüs yasasına göre oluşur. Fourier, belirli bir fonksiyonu bir Fourier serisine genişleterek, herhangi bir periyodik salınımın harmonik değişikliklerin bir toplamı olarak temsil edilebileceğini belirlemeyi başardı.
Örnek olarak, belirli bir periyoda ve döngüsel frekansa sahip bir sarkaç düşünün.
Bu tür dalgalanmaları karakterize eden nedir? Fizik, matematiksel sarkacın, ağırlıksız, uzamaz bir iplik üzerinde asılı duran, yerçekimi etkisi altında salınan bir madde noktasından oluşan ideal bir sistem olduğunu düşünür.
Bu tür titreşimlerin belli bir enerjisi vardır, doğada ve teknolojide yaygındır.
Uzun süreli salınım hareketiyle kütle merkezinin koordinatı değişir ve alternatif akımla devredeki akım ve gerilimin değeri değişir.
Fiziksel doğası gereği farklı harmonik salınım türleri vardır: elektromanyetik, mekanik, vb.
Engebeli bir yolda hareket eden bir aracın sarsılması, zorunlu salınım gibi davranır.
Zorunlu ve ücretsiz arasındaki temel farklardalgalanmalar
Bu tür elektromanyetik salınımlar fiziksel özelliklerde farklılık gösterir. Orta düzeyde direnç ve sürtünme kuvvetlerinin varlığı, serbest salınımların sönümlenmesine yol açar. Zorlanmış salınımlar durumunda, enerji kayıpları harici bir kaynaktan ilave besleme ile telafi edilir.
Yay sarkacının periyodu, cismin kütlesi ve yayın sertliği ile ilgilidir. Matematiksel bir sarkaç durumunda, ipliğin uzunluğuna bağlıdır.
Bilinen bir periyot ile salınım sisteminin doğal frekansını hesaplayabilirsiniz.
Teknolojide ve doğada farklı frekans değerlerinde dalgalanmalar vardır. Örneğin, St. Petersburg'daki St. Isaac Katedrali'nde salınan sarkacın frekansı 0,05 Hz iken atomlar için birkaç milyon megahertz'dir.
Belli bir süre sonra serbest salınımların sönümlenmesi gözlemlenir. Bu nedenle gerçek uygulamada zorlanmış salınımlar kullanılır. Çeşitli titreşim makinelerinde talep görüyorlar. Titreşimli çekiç, boruları, kazıkları ve diğer metal yapıları zemine çakmak için tasarlanmış bir şok titreşimli makinedir.
Elektromanyetik salınımlar
Salınım modlarının karakterizasyonu, ana fiziksel parametrelerin analizini içerir: şarj, voltaj, akım gücü. Elektromanyetik salınımları gözlemlemek için kullanılan temel bir sistem olarak bir salınım devresidir. Bir bobin ve bir kondansatörün seri bağlanmasıyla oluşur.
Devre kapatıldığında, serbest elektromanyetikkondansatör üzerindeki elektrik yükündeki ve bobindeki akımdaki periyodik değişikliklerle ilişkili dalgalanmalar.
Yapıldıkları zaman herhangi bir dış etki olmadığı, sadece devrenin kendisinde depolanan enerji kullanıldığı için ücretsizdirler.
Bobin direncini sıfır kabul edersek ve salınım periyodunu T olarak alırsak, sistem tarafından yapılan tam bir salınım düşünebiliriz.
Dış etkinin olmadığı durumlarda belirli bir süre sonra elektromanyetik salınımın sönümlenmesi gözlemlenir. Bu olgunun nedeni, kapasitörün kademeli olarak boşalması ve bobinin gerçekte sahip olduğu direnç olacaktır.
Bu yüzden gerçek bir devrede sönümlü salınımlar meydana gelir. Kondansatör üzerindeki yükü az altmak, enerji değerinde orijinal değerine göre bir azalmaya yol açar. Yavaş yavaş, bağlantı telleri ve bobin üzerinde ısı olarak salınacak, kondansatör tamamen boşalacak ve elektromanyetik salınım tamamlanacaktır.
Bilim ve teknolojideki dalgalanmaların önemi
Belirli bir tekrarlama derecesi olan tüm hareketler salınımlardır. Örneğin, bir matematiksel sarkaç, orijinal dikey konumdan her iki yönde sistematik bir sapma ile karakterize edilir.
Yaylı bir sarkaç için, bir tam dönüş, başlangıç konumundan yukarı ve aşağı hareketine karşılık gelir.
Kapasitansı ve endüktansı olan bir elektrik devresinde şarj tekrarı vardır.kapasitör plakaları. Salınım hareketlerinin nedeni nedir? Sarkaç, yerçekiminin orijinal konumuna geri dönmesine neden olması nedeniyle çalışır. Bir yay modeli durumunda, yayın elastik kuvveti ile benzer bir işlev gerçekleştirilir. Denge konumunu geçerken yükün belirli bir hızı vardır, bu nedenle atalet ile ortalama durumu geçer.
Elektrik salınımları, yüklü bir kapasitörün plakaları arasında var olan potansiyel farkla açıklanabilir. Tamamen boşalsa bile akım kaybolmaz, yeniden şarj olur.
Modern teknoloji, doğası, tekrarlama derecesi, doğası ve ayrıca görünümün "mekanizması" açısından önemli ölçüde farklılık gösteren dalgalanmalar kullanır.
Mekanik titreşimler, müzik aletleri dizileri, deniz dalgaları, bir sarkaç tarafından yapılır. Çeşitli etkileşimler yürütülürken, reaktanların konsantrasyonundaki bir değişiklikle ilişkili kimyasal dalgalanmalar dikkate alınır.
Elektromanyetik salınımlar, telefonlar, ultrasonik tıbbi cihazlar gibi çeşitli teknik cihazların oluşturulmasına izin verir.
Sefeidlerin parlaklık dalgalanmaları astrofizikte özellikle ilgi çekicidir ve farklı ülkelerden bilim adamları onları inceliyor.
Sonuç
Her tür salınım, çok sayıda teknik süreç ve fiziksel olayla yakından ilişkilidir. Uçak yapımında, gemi yapımında, konut komplekslerinin yapımında, elektrik mühendisliğinde, radyo elektroniğinde, tıpta ve temel bilimlerde pratik önemi büyüktür. Tipik bir salınım sürecinin bir örneğifizyoloji kalp kasının hareketini destekler. Mekanik titreşimler organik ve inorganik kimya, meteoroloji ve diğer birçok doğa biliminde bulunur.
Matematiksel sarkaçla ilgili ilk çalışmalar on yedinci yüzyılda yapıldı ve on dokuzuncu yüzyılın sonunda bilim adamları elektromanyetik salınımların doğasını belirlemeyi başardılar. Radyo iletişiminin "babası" olarak kabul edilen Rus bilim adamı Alexander Popov, deneylerini tam olarak elektromanyetik salınımlar teorisi, Thomson, Huygens ve Rayleigh'in araştırma sonuçları temelinde gerçekleştirdi. Elektromanyetik salınımlar için pratik bir uygulama bulmayı başardı, onları uzun bir mesafeden bir radyo sinyali iletmek için kullanmak için.
Akademisyen P. N. Lebedev, uzun yıllar boyunca alternatif elektrik alanları kullanarak yüksek frekanslı elektromanyetik salınımların üretimi ile ilgili deneyler yaptı. Bilim adamları, çeşitli titreşim türleriyle ilgili sayısız deney sayesinde, modern bilim ve teknolojide optimal kullanımları için alanlar bulmayı başardılar.
