При колебательном движении наблюдается свойство перехода потенциальной энергии в кинетическую и обратно.
Колеблющееся тело в процессе колебаний стремится занять положение устойчивого равновесия.
Рисунок 7 – Затухающие колебания |
Колебания, происходящие под действием внутренних сил (сил взаимодействия) в самой колебательной системе, называются свободными или собственными. Период или частота собственных колебаний обусловлены только характеристиками колебательной системы, а амплитуда колебаний остается неизменной и определена причинами, которые вывели систему из положения равновесия.
|
|
Если на колебательную систему с потерями действовать периодической силой, то возникают вынужденные колебания, характер которых в той или иной мере повторяет изменения внешней силы (рисунок 8). Колебания, совершаемые под действием внешних периодически изменяющихся сил, называются вынужденными. Внешняя периодическая сила, называемая вынуждающей, сообщает колебательной системе дополнительную энергию, которая идет на восполнение энергетических потерь, происходящих из-за трения. Если вынуждающая сила изменяется во времени по закону синуса или косинуса, то вынужденные колебания будут гармоническими и незатухающими.
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 потому полная энергия колебательной системы по-прежнему остается неизменной.
Рисунок 8 – Вынужденные колебания |
Рисунок 8 – График установления вынужденных колебаний |
|
|
Явление резонанса играет большую роль в ряде природных, научных и производственных процессов. Например, необходимо учитывать явление резонанса при проектировании мостов, зданий и других сооружений, испытывающих вибрацию под нагрузкой, в противном случае при определенных условиях эти сооружения могут быть разрушены.