Колебания, происходящие под действием внешней периодической силы, мы будем называть вынужденными колебаниями

Вопросы для самоконтроля ответить устно.

Разобрать и переписать в тетрадь решенные задачи.

Решить задачу.

Фото отчет страницы тетради с указанием фамилии и группы,письменным заданием сбросить ВКонтакте личным сообщением.

Срок выполнения до 21.04, если не будет замен.

Лекция

Тема: «Механические волны. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Скорость волны. Распространение волны в упругих средах. Звуковые волны».

                                                                       План

1. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс.

2. Распространение колебаний в упругих средах. Поперечные и продольные
волны.

3. Длина волны. Связь между длиной волны, скоростью ее распространения и
периодом (частотой).

4. Звуковые волны.

5. Скорость звука и высота тона.

6.  Инфра - и ультразвуки.

 

    1.  Если в системе происходят свободные колебания, то её полная механическая энергия остаётся постоянной и равной той энергии, которую ей сообщили изначально. Поэтому свободные колебания происходят с постоянной амплитудой и со строго определённой частотой, называемой частотой свободных (собственных) колебаний системы. Эта частота зависит только от параметров системы.Значит маятник, выведенный из положения равновесия, должен бы колебаться бесконечно долго. Иногда мы действительно можем наблюдать колебания, которые длятся достаточно долго. Например, если очень длинный маятник отклонить на малый угол, то его колебания смогут продолжаться в течение многих часов. Однако, как бы долго ни продолжались свободные колебания, маятник в конце концов все-таки остановится. И «виноваты» в этом, конечно же, силы сопротивления, которые в реальных земных условиях действует на всё, что движется.

Причём чем больше силы сопротивления движению, тем быстрее прекращаются колебания. Например, в жидкости колебания прекратятся намного быстрее, чем в воздухе. А если, например, пружинный маятник, жёсткость которого достаточно мала, опустить в стакан с маслом и вывести маятник из положения равновесия, то он совсем не будет колебаться. Под действием силы упругости он просто вернётся в положение равновесия.

Колебания с уменьшающейся амплитудой называются затухающими колебаниями.

Так как свободные колебания всегда затухают за то или иное время, то они не находят практического применения. Наиболее простой способ возбуждения незатухающих колебаний состоит в том, чтобы воздействовать на колебательную систему внешней периодической силой, возбуждающей колебания, которые сама система не совершала бы.

Колебания, происходящие под действием внешней периодической силы, мы будем называть вынужденными колебаниями.

​  Основное отличие вынужденных колебаний от свободных состоит в том, что при свободных колебаниях система получает энергию только один раз, когда она выводится из положения равновесия, а при вынужденных колебаниях энергия постоянно пополняется за счёт работы вынуждающей силы.

Рассмотрим особенности вынужденных колебаний на таком опыте. Подвесим пружинный маятник к стержню с изгибом, который можно вращать с помощью рукоятки. Отверстие, через которое проходит подвес маятника, даёт ему возможность двигаться только вверх или вниз.

При вращении рукоятки с постоянной частотой на маятник будет с такой же частотой действовать сила со стороны стержня. У пружинного маятника есть собственная частота колебаний. Пусть частота вращения стержня не равна этой частоте. Тогда под действием периодически изменяющейся силы амплитуда колебаний груза сначала будет неравномерно увеличиваться, так как происходит наложение свободных затухающих колебаний и вынужденных колебаний. При этом работа вынуждающей силы обеспечивает приток энергии к системе извне, который не даёт колебаниям затухать, несмотря на действие сил сопротивления.

А после того, как свободные колебания прекратятся, останутся только вынужденные колебания. При установившихся колебаниях работа внешней силы равна потерям энергии в колебательной системе, а значение установившейся амплитуды определяется: потерями энергии, амплитудой действующей силы, а также частотой или периодом внешней силы.

Если изменять частоту вращения стержня и, соответственно, частоту вынуждающей силы, то можно зарегистрировать характерную зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты, которая называется резонансной кривой. При частоте вынуждающей силы, приближающейся к собственной частоте колебаний маятника, амплитуда колебаний растёт. Она достигает максимума, когда внешняя сила действует в такт со свободными колебаниями шарика.