Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями

Вопрос

Ответ

Механические колебания

Электромагнитные колебания

Сформулируйте определения механических и электромагнитных колебаний

это периодические изменения координаты, скорости и ускорения тела.

это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения

Вопрос

Ответ

Механические колебания

Электромагнитные колебания

Как можно получить колебания?

С помощью колебательной системы (маятников)

С помощью колебательной системы (колебательного контура), состоящего из конденсатора и катушки.

а) пружинного;

б) математического

Вопрос

Ответ

Механические колебания

Электромагнитные колебания

«Что необходимо сделать, чтобы в колебательной системе возникли колебания?»

Вывести маятник из положения равновесия: отклонить тело от положения равновесия и опустить

вывести контур из положения равновесия: зарядить конденса­тор от источника постоянного напряжения (ключ в положении 1), а затем перевести ключ в положение 2.

Время

Колебательный контур

Пружинный маятник

на конденсаторе находится максимальный заряд – q_m,

смещение тела от положения равновесия максимально – x_m,

при замыкании цепи конденсатор начинает разряжаться через катушку; возникает ток и связанное с ним магнитное поле. Вследствие самоиндукции сила тока нарастает постепенно

тело приходит в движение, его скорость возрастает постепенно вследствие инертности тела

конденсатор разрядился, сила тока максимальна – I_m,

при прохождении положения равновесия скорость тела максимальна – v_m,

вследствие самоиндукции сила тока уменьшается постепенно, в катушке возникает индукционный ток и конденсатор начинает перезаряжаться

тело, достигнув положение равновесия, продолжает движение по инерции с постепенно уменьшающейся скоростью

конденсатор перезарядился, знаки заряда на обкладках поменялись

пружина максимально растянута, тело сместилось в другую сторону

разрядка конденсатора возобновляется, ток течёт в другом направлении, сила тока постепенно растёт

тело начинает движение в противоположном направлении, скорость постепенно растёт

конденсатор полностью разрядился, сила тока в цепи максимальна - I_m

тело проходит положение равновесия, его скорость максимальна - v_m

вследствие самоиндукции ток продолжает течь в том же направлении, конденсатор начинает заряжаться

по инерции тело продолжает двигаться в том же направлении к крайнему положению

конденсатор снова заряжен, ток в цепи отсутствует, состояние контура аналогично первоначальному

смещение тела максимально. Его скорость равна 0 и состояние аналогично первоначальному

Вопрос

Ответ

Механические колебания

Электромагнитные колебания

Почему свободные колебания затухают?

колебания затухают под действием силы трения (сопротивления воздуха)

колебания затухают, так как контур обладает сопротивлением

Смещение

x « q

Заряд

Скорость

V « I

Сила тока

Масса 

m « L

Индуктивность

Жёсткость

k «

Величина, обратная ёмкости

Коэффициент трения

μ « R

Сопротивление

Кинетическая энергия

E_к « W_м

Энергия магнитного поля

Потенциальная энергия

Е_п « W_э

Энергия электрического поля

Механические колебания

Электромагнитные колебания

шарик на нити, качели, ветка дерева, после того как с неё слетела птица, струна гитары

колебания в колебательном контуре

Пружинный маятник

Математический маятник

Колебательный контур

Выразим h через х из подобия ∆АОЕ и ∆АВС