Свободные и вынужденные колебания Резонанс

Колебательные движения

Колебания бывают механические, электромагнитные, химические, термодинамические и различные другие. Несмотря на такое разнообразие, все они имеют между собой много общего. 

6

Повторение темы «Гармонические колебания»
Затухающие колебания
Вынужденные колебания
Резонанс
Роль резонанса в разнообразных явлениях
Контрольные вопросы и задания

7

Что называют фазой колебаний? Что определяет фаза колебаний?
Какие превращения энергии происходят при гармонических колебаниях?

Свободные колебания После того как по струне рояля ударит один из молоточков, струна продолжает "сама по себе" совершать колебания - свободные колебания.

Точное описание свободных колебаний затруднительно, однако легко видеть, что они обладают следующими свойствами: 1. Развитие движения во времени зависит от того, как оно началось. 2. Движение постепенно затухает. 3. Совершенно невозможно указать "частоту" колебаний (с течением времени, однако, движение может принять определенную частоту). 

Свободные (собственные) колебания- колебания, которые совершает система около положения устойчивого равновесия под действием внутренних сил после того, как она была выведена из состояния равновесия и предоставлена самой себе.
Примеры свободных механических колебаний:
Пружинный маятник.
Математический маятник.

Математический
и
пружинный
маятники

Вывод формулы для
расчёта силы упругости

Формула для расчёта периода
математического маятника

Пружинный маятник

Пружинный маятник - невесомая пружина, к которой прикреплено тело массой m.

Незатухающие колебания-колебания, происходящие с постоянной во времени амплитудой.

Затухающие колебания- колебания, амплитуда которых уменьшается с течение времени вследствие потери энергии колебательной системой.

Затухающие колебания
Одна характерная особенность свободных колебаний: такие колебания затухают. Этот эффект объясняется наличием трения; иногда его называют демпфированием.

График затухающих колебаний

16

Почему затухают колебания маятника?

17

Колебания при наличии сил сопротивления являются затухающими

Как изменяется механическая энергия при затухающих колебаниях? Какие превращения энергии происходят при этом?

Вывод : механическая энергия превращается во внутреннюю. Механическая энергия расходуется на работу по преодолению сил сопротивления

18

Подвесьте на длинную нить сначала маленький шарик, а затем кубик большого размера. Определите с помощью секундомера период их колебаний и время затухания этих колебаний. Сделайте вывод.

19

В автомобилях применяются специальные амортизаторы для гашения колебаний кузова при езде по неровной дороге, при колебаниях кузова связанный с ним поршень движется в цилиндре, заполненном жидкостью. Жидкость перетекает через отверстия в поршне, что приводит к появлению больших сил сопротивления и быстрому затуханию колебаний.

ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ

– колебания, происходящие под действием внешней переменной силы. Во многих случаях эта сила оказывается периодически изменяющейся.
Если внешняя сила, действующая на систему, изменяется с течением времени по закону косинуса или синуса, то возникающие в системе вынужденные колебания будут гармоническими. При этом частота вынужденных колебаний будет совпадать с частотой изменения внешней силы.
Амплитуда вынужденных колебаний определяется амплитудой внешней силы, а также соотношением между частотой изменения этой силы и собственной частотой колебательной системы. При равенстве этих частот наблюдается явление резонанса.
В отличие от свободных колебаний, когда система получает энергию лишь один раз (при выведении системы из состояния равновесия), в случае вынужденных колебаний система поглощает эту энергию от источника внешней периодической силы непрерывно. Эта энергия восполняет потери, расходуемые на преодоление трения, и вынужденные колебания оказываются незатухающими.

Что нужно сделать, чтобы колебания длились неограниченно долго?

Вынужденными колебаниями называются колебания, происходящие под действием внешней периодической силы.

При установившихся вынужденных колебаниях частота колебаний всегда равна частоте внешней периодически действующей силы.

Существует при вынужденных колебаниях. Резонанс - резкое возрастание амплитуды колебаний, в результате совпадения собственной частоты с частотой вынуждающей силы.

Резонанс