Механічні коливання і хвилі

- Коливання – найпоширеніша форма руху в навколишньому світі та техніці. Якщо яке-небудь тіло підвісити в точці, яка не є центром його маси, вивести його зі стану рівноваги й відпустити, то вони певний час коливатиметься, амплітуда коливань зменшуватиметься і коливання припиняться. Такі коливання називають вільними. Затухають коливання внаслідок наявності тертя, опору повітря тощо, механічна енергія перетворюється на теплову.

- В ідеальних системах, коли відсутні втрати механічної енергії, коливання будуть незатухаючими, їх називають власними.

- Якщо на коливальну систему періодично діє змінна сила, то в системі відбуваються вимушені коливання. Частота вимушених коливань дорівнює частоті змушувальної сили. Якщо частоти змушувальної сили і коливань самої системи однакові, настає резонанс – зростання амплітуди вимушених коливань.

- Для одержання незатухаючих коливань зовнішня сила не обов'язково має діяти безперервно. Це так звані автоколивання. Найпростішим прикладом одержання таких коливань є гойдалка.

Умови виникнення автоколивань:

а) потрібно мати систему, в якій можливі вільні коливання (гойдалка);

б) для поповнення втрат енергії у системі має бути зовнішнє джерело енергії (людина);

в) має існувати пристрій, що передає енергію від зовнішнього джерела до коливної системи (руки людини);

г) треба узгоджувати роботу передавального пристрою з коливаннями системи (у прикладі з гойдалкою людина спостерігає за коливанням гойдалки, і в потрібні моменти підштовхує її).

Остання функція в техніці дістала назву зворотного зв'язку.

- Поширення коливань у пружному середовищі називають хвильовим процесом. З хвилею переноситься енергія, відбувається поширення енергії у просторі від джерела коливань. Хвилі бувають поздовжні і поперечні.

- Звукові коливання: 16 – 20 000 Гц; інфразвукові коливання: менше 16 Гц; ультразвукові коливання: понад 20 000 Гц (20 кГц).