Qayta tiklovchi kuch ta'sirida yuzaga keladigan tebranishlar. Tebranish sistemalarining asosiy xossasi. Ovoz tezligi bunga bog'liq
Mexanik tebranishlar – bu aniq yoki taxminan muntazam ravishda takrorlanadigan harakatlar. (masalan, daraxtdagi shoxning tebranishi, soat mayatnik, buloqlarda mashina va hokazo)
Tebranishlar ozod va majbur.
Ichki kuchlar ta'sirida tizimda paydo bo'ladigan tebranishlar deyiladiozod... Barcha erkin tebranishlar o'chiriladi. (masalan: tor tebranishi, zarbadan keyin)
Tashqi davriy o'zgaruvchan kuchlar ta'sirida jismlar tomonidan sodir bo'ladigan tebranishlar deyiladimajbur (masalan: temirchi bolg'a urayotganda metall ishlov beriladigan buyumning tebranishi).
Erkin tebranish sharoitlari :
- Tana muvozanat holatidan chiqarilganda, tizimda uni muvozanat holatiga qaytarishga moyil bo'lgan kuch paydo bo'lishi kerak;
- Tizimdagi ishqalanish kuchlari juda kichik bo'lishi kerak (ya'ni nolga moyil).
… E qarindosh → E R → E qarindosh →…
Ipdagi tana tebranishlari misolidan foydalanib, biz ko'ramiz energiya konvertatsiyasi ... 1-pozitsiyada biz tebranish tizimining muvozanatini kuzatamiz. Tezlik va shuning uchun tananing kinetik energiyasi maksimal darajada. Mayatnik muvozanat holatidan chetga chiqsa, u balandlikka ko'tariladi h nol darajaga nisbatan, shuning uchun A nuqtada mayatnik potentsial energiyaga ega E p ... Muvozanat holatiga o'tishda O nuqtasiga balandlik nolga tushadi va yuk tezligi oshadi va O nuqtada barcha potentsial energiya E p kinetik energiyaga aylanadi E kin ... Muvozanat holatida kinetik energiya maksimal, potentsial energiya esa minimal bo'ladi. Muvozanat holatidan inertsiya bilan o'tgandan so'ng, kinetik energiya potentsial energiyaga aylanadi, mayatnik tezligi pasayadi va maksimal
Jismning harakat holatlari vaqt oʻtishi bilan takrorlanib turuvchi va tananing turgʻun muvozanat holatidan qarama-qarshi yoʻnalishda galma-gal oʻtib borishi mexanik tebranish harakati deyiladi.
Agar tananing harakatlanish holatlari muntazam oraliqda takrorlansa, u holda tebranishlar davriydir. Tebranishlar paydo bo'ladigan va muvozanat holatidan chetga chiqqanda mavjud bo'lgan jismoniy tizim (tana) tebranish tizimi deb ataladi.
Tizimdagi tebranish jarayoni tashqi va ichki kuchlar ta'sirida sodir bo'lishi mumkin.
Tizimda faqat ichki kuchlar ta'sirida sodir bo'ladigan tebranishlar erkin deyiladi.
Tizimda erkin tebranishlar paydo bo'lishi uchun quyidagilar zarur:
- Tizimning barqaror muvozanat holatining mavjudligi.Shunday qilib, 13.1-rasmda ko'rsatilgan sistemada erkin tebranishlar paydo bo'ladi, a; b va c hollarda ular paydo bo'lmaydi.
- Moddiy nuqtada uning barqaror muvozanat holatidagi energiyasiga nisbatan ortiqcha mexanik energiya mavjudligi. Shunday qilib, tizimda (13.1-rasm, a), masalan, tanani muvozanat holatidan chiqarish kerak: ya'ni. ortiqcha potentsial energiya haqida xabar bering.
- Qayta tiklovchi kuchning moddiy nuqtasi ustidagi harakat, ya'ni. kuch har doim muvozanat holatiga yo'naltirilgan. Shaklda ko'rsatilgan tizimda. 13.1, ammo, tiklash kuchi tortishishning natijaviy kuchi va tayanchning normal reaktsiyasi \ (\ vec N \) kuchidir.
- Ideal tebranish sistemalarida ishqalanish kuchlari bo'lmaydi va natijada paydo bo'ladigan tebranishlar uzoq vaqt davom etishi mumkin. Haqiqiy sharoitda tebranishlar qarshilik kuchlari ishtirokida sodir bo'ladi. Tebranish paydo bo'lishi va davom etishi uchun ortiqcha energiya olinadi moddiy nuqta barqaror muvozanat holatidan o'tganda, bu holatga qaytganda qarshilikni engib o'tishga to'liq sarflanmasligi kerak.
Adabiyot
Aksenovich L.A. Fizika o'rta maktab: Nazariya. Vazifalar. Testlar: Darslik. obs olishni ta'minlaydigan muassasalar uchun nafaqa. muhit, ta'lim. - S. 367-368.
Umumiy xususiyatlar Barcha tebranish tizimlari:
Barqaror muvozanat pozitsiyasining mavjudligi.
Tizimni muvozanat holatiga qaytaradigan kuchning mavjudligi.
Tebranish harakatining xususiyatlari:
Amplituda - tananing muvozanat holatidan eng katta (modulda) og'ishi.
Davr - tananing bitta to'liq tebranishini amalga oshiradigan vaqt davri.
Chastota - vaqt birligidagi tebranishlar soni.
Faza (fazalar farqi)
Kosmosda tarqaladigan, sodir bo'lgan joydan uzoqlashadigan buzilishlar deyiladi to'lqinlar.
To'lqin paydo bo'lishining zaruriy sharti - bu unga to'sqinlik qiluvchi kuchlarning, masalan, elastik kuchlarning buzilishi paydo bo'lishi paytida paydo bo'lishi.
To'lqinlar turlari:
Uzunlamasına - to'lqinning tarqalish yo'nalishi bo'yicha tebranishlar sodir bo'ladigan to'lqin
Transvers - tebranishlar ularning tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan to'lqin.
To'lqin xususiyatlari:
To'lqin uzunligi - bir xil fazalarda tebranuvchi bir-biriga eng yaqin nuqtalar orasidagi masofa.
To'lqin tezligi - bu to'lqinning istalgan nuqtasi vaqt birligida bosib o'tadigan masofaga son jihatdan teng qiymat.
Ovoz to'lqinlari - bular uzunlamasına elastik to'lqinlardir. Inson qulog'i 20 Gts dan 20 000 Gts gacha chastotali tebranishlarni tovush shaklida qabul qiladi.
Ovoz manbai tovush chastotasida tebranuvchi jismdir.
Ovozni qabul qiluvchi - tovush tebranishlarini idrok eta oladigan tana.
Ovoz tezligi - tovush to'lqinining 1 soniyada tarqaladigan masofasi.
Ovoz tezligi quyidagilarga bog'liq:
Haroratlar.
Ovoz xususiyatlari:
Pitch
Amplituda
Ovoz balandligi. Tebranish amplitudasiga bog'liq: tebranish amplitudasi qanchalik katta bo'lsa, ovoz shunchalik baland bo'ladi.
Chipta raqami 9. Gazlar, suyuqliklar va qattiq jismlarning tuzilishi modellari. Atomlar va molekulalarning issiqlik harakati. Broun harakati va diffuziya. Modda zarralarining o'zaro ta'siri
Barcha yo'nalishlarda harakatlanadigan gaz molekulalari deyarli bir-biriga tortilmaydi va butun idishni to'ldiradi. Gazlarda molekulalar orasidagi masofa molekulalarning hajmidan ancha katta. O'rtacha molekulalar orasidagi masofa molekulalarning o'lchamidan o'nlab marta katta bo'lganligi sababli, ular bir-biriga zaif tortiladi. Shuning uchun gazlar o'ziga xos shaklga va doimiy hajmga ega emas.
Suyuqlikning molekulalari uzoq masofalarda bir-biridan ajralib turmaydi va normal sharoitda suyuqlik o'z hajmini saqlab qoladi. Suyuqlik molekulalari bir-biriga yaqin joylashgan. Har ikki molekula orasidagi masofa molekulalarning o'lchamidan kichikroq, shuning uchun ular orasidagi tortishish sezilarli bo'ladi.
Qattiq jismlarda molekulalar (atomlar) orasidagi tortishish suyuqliklarnikidan ham kattaroqdir. Shuning uchun normal sharoitda qattiq jismlar o'z shakli va hajmini saqlab qoladi. Qattiq jismlarda molekulalar (atomlar) ma'lum bir tartibda joylashgan. Bular muz, tuz, metallar va boshqalar. Bunday jismlar deyiladi kristallar. Qattiq jismlarning molekulalari yoki atomlari ma'lum bir nuqta atrofida tebranadi va undan uzoqqa keta olmaydi. Shuning uchun qattiq jism nafaqat hajmini, balki shaklini ham saqlaydi.
Chunki uning t molekulalarning harakat tezligi bilan bog'liq, keyin jismlarni tashkil etuvchi molekulalarning xaotik harakati deyiladi. termal harakat... Issiqlik harakati mexanik harakatdan farq qiladi, chunki unda ko'plab molekulalar ishtirok etadi va har biri tasodifiy harakat qiladi.
Braun harakati - Bu suyuqlik yoki gazda to'xtatilgan kichik zarralarning tasodifiy harakati, atrof-muhit molekulalari ta'sirida sodir bo'ladi. Ingliz botanigi R.Braun tomonidan 1827-yilda kashf etilgan va birinchi marta oʻrganilgan suvdagi gulchanglarning harakati kabi, yuqori kattalashtirishda ko'rinadi. Braun harakati to'xtamaydi.
Bir moddaning molekulalarining boshqa moddaning molekulalari orasiga oʻzaro kirib borishi hodisasi deyiladi. diffuziya.
Modda molekulalari o'rtasida o'zaro tortishish mavjud. Shu bilan birga, moddaning molekulalari o'rtasida itarish sodir bo'ladi.
Molekulalarning o'lchamlari bilan taqqoslanadigan masofalarda tortishish ko'proq seziladi va keyingi yaqinlashganda, itarilish.
Chipta№ 10. Issiqlik muvozanati. Harorat. Haroratni o'lchash. Harorat va zarrachalarning xaotik harakati tezligi o'rtasidagi bog'liqlik
Ikki tizim termal muvozanat holatidadir, agar diatermik bo'linma orqali aloqa qilganda ikkala tizimning holat parametrlari o'zgarmasa. Diatermik to'siq tizimlarning termal o'zaro ta'siriga umuman xalaqit bermaydi. Termal aloqa bilan ikkala tizim termal muvozanat holatiga keladi.
Harorat - bu erkinlik darajasiga termodinamik muvozanat holatida makroskopik tizim zarralarining o'rtacha kinetik energiyasini taxminan tavsiflovchi jismoniy miqdor.
Harorat - bu tananing isishi darajasini tavsiflovchi jismoniy miqdor.
Harorat termometrlar yordamida o'lchanadi. Haroratning asosiy o'lchov birliklari - Selsiy, Farengeyt va Kelvin.
Termometr - ma'lum bir jismning haroratini mos yozuvlar qiymatlari bilan taqqoslash orqali o'lchash uchun ishlatiladigan, shartli ravishda mos yozuvlar nuqtalari sifatida tanlangan va o'lchov shkalasini o'rnatishga imkon beradigan qurilma. Bunday holda, turli xil termometrlar harorat va qurilmaning ba'zi kuzatiladigan xususiyatlari o'rtasidagi turli munosabatlardan foydalanadi, bu haroratga chiziqli bog'liq deb hisoblanishi mumkin.
Harorat ko'tarilgach, zarrachalarning o'rtacha tezligi ortadi.
Haroratning pasayishi bilan zarrachalarning o'rtacha tezligi pasayadi.
Chipta raqami 11. Ichki energiya. Ish va issiqlik uzatish tananing ichki energiyasini o'zgartirish usullari sifatida. Issiqlik jarayonlarida energiyaning saqlanish qonuni
Jismni tashkil etuvchi zarrachalarning harakat va o'zaro ta'sir energiyasi deyiladi tananing ichki energiyasi.
Tananing ichki energiyasi tananing mexanik harakatiga ham, bu tananing boshqa jismlarga nisbatan holatiga ham bog'liq emas.
Tananing ichki energiyasi ikki yo'l bilan o'zgarishi mumkin: mexanik ishlarni bajarish yoki issiqlik uzatish.
issiqlik uzatish.
Harorat ko'tarilishi bilan tananing ichki energiyasi ortadi. Haroratning pasayishi bilan tananing ichki energiyasi kamayadi. Tana ustida ish olib borilganda uning ichki energiyasi ortadi.
Mexanik va ichki energiya bir tanadan boshqasiga o'tishi mumkin.
Ushbu xulosa barcha termal jarayonlar uchun amal qiladi. Issiqlik uzatish bilan, masalan, ko'proq qizdirilgan tana energiya beradi va kamroq isitiladigan tana energiya oladi.
Energiya bir jismdan ikkinchisiga o'tkazilganda yoki energiyaning bir turi boshqasiga aylantirilganda energiya davom etadi .
Agar jismlar o'rtasida issiqlik almashinuvi sodir bo'lsa, u holda sovutish jismlarining ichki energiyasi kamayishi bilan barcha isituvchi jismlarning ichki energiyasi shunchalik ko'payadi.
Chipta№ 12. Issiqlik uzatish turlari: issiqlik o'tkazuvchanligi, konveksiya, radiatsiya. Tabiat va texnologiyada issiqlik almashinuviga misollar
Tanada yoki tananing o'zida ish qilmasdan ichki energiyani o'zgartirish jarayoni deyiladi issiqlik uzatish.
Issiqlik harakati va zarrachalarning o'zaro ta'siri natijasida energiyaning tananing ko'proq qizigan qismlaridan kamroq isitiladigan qismlariga o'tkazilishi deyiladi. issiqlik o'tkazuvchanligi.
Da konvektsiya energiya gaz yoki suyuqlikning o'zlari tomonidan tashiladi.
Radiatsiya - radiatsiya orqali issiqlikni uzatish jarayoni.
Energiyani nurlanish orqali uzatish issiqlik uzatishning boshqa turlaridan farq qiladi, chunki u to'liq vakuumda amalga oshirilishi mumkin.
Tabiat va texnologiyada issiqlik uzatish misollari:
Shamollar. Atmosferadagi barcha shamollar katta miqyosdagi konveksiya oqimlaridir.
Konveksiya, masalan, dengiz qirg'oqlarida sodir bo'ladigan shamol va shabadalarni tushuntiradi. Yoz kunlarida quruqlik quyosh tomonidan suvdan tezroq isiydi, shuning uchun quruqlikdagi havo suvga qaraganda ko'proq qiziydi, uning zichligi pasayadi va bosim dengiz ustidagi sovuq havo bosimidan kamroq bo'ladi. Natijada, aloqa kemalarida bo'lgani kabi, sovuq havo dengizdan qirg'oqqa tushadi - shamol esadi. Bu kunduzgi shabada. Kechasi suv quruqlikka qaraganda sekinroq soviydi va havo quruqlikka qaraganda sovuqroq bo'ladi. Tungi shabada hosil bo'ladi - sovuq havoning quruqlikdan dengizga harakati.
Traktsiya. Biz bilamizki, yoqilg'ining yonishi toza havosiz mumkin emas. Agar havo olov qutisiga, pechkaga, samovar trubasiga kirmasa, yoqilg'i yonishini to'xtatadi. Odatda ular havoning tabiiy oqimidan foydalanadilar - qoralama. Pechning ustidagi tortishni yaratish uchun, masalan, fabrikalar, zavodlar, elektr stantsiyalarining qozonxonalarida quvur o'rnatiladi. Yoqilg'i yoqilganda, undagi havo qiziydi. Bu shuni anglatadiki, olov qutisi va quvur ichidagi havo bosimi tashqi havo bosimidan kamroq bo'ladi. Bosim farqi tufayli sovuq havo olov qutisiga kiradi va iliq havo ko'tariladi - qoralama hosil bo'ladi.
Yong'in qutisi ustida qurilgan baca qanchalik baland bo'lsa, tashqi havo va baca ichidagi havo o'rtasidagi bosim farqi shunchalik katta bo'ladi. Shuning uchun quvur balandligi ortishi bilan surish kuchayadi.
Turar-joy binolarini isitish va sovutish. Erning mo''tadil va sovuq zonalarida joylashgan mamlakatlar aholisi o'z uylarini isitishga majbur. Tropik va subtropik zonalarda joylashgan mamlakatlarda havo harorati hatto yanvar oyida + 20 va +30 o S ga etadi. Bu erda xonalarda havoni sovutadigan qurilmalar qo'llaniladi. Ichki havoni isitish ham, sovutish ham konveksiyaga asoslangan.
Tabiiy konveksiya sodir bo'lishi uchun sovutish moslamalarini tepada, shiftga yaqinroq joylashtirish tavsiya etiladi. Axir, sovuq havo issiq havoga qaraganda ko'proq zichlikka ega va shuning uchun pastga tushadi.
Isitish moslamalari pastki qismida joylashgan. Ko'pgina zamonaviy katta uylar issiq suv isitish bilan jihozlangan. Undagi suvning aylanishi va xonadagi havoning isishi konveksiya tufayli sodir bo'ladi.
Agar binoni isitish uchun o'rnatish unda joylashgan bo'lsa, u holda suv isitiladigan podvalda qozon o'rnatiladi. Issiq suv vertikal quvur bo'ylab qozondan tankga ko'tariladi, u odatda uyning chodiriga joylashtiriladi. Tankdan tarqatish quvurlari tizimi chiqariladi, u orqali suv barcha qavatlarga o'rnatilgan radiatorlarga o'tadi, u ularga o'z issiqligini beradi va yana isitiladigan qozonga qaytadi. Bu suvning tabiiy aylanishi - konveksiya.
Tebranish harakati + §25, 26, Ex. 23.Dalgalanishlar harakatning juda keng tarqalgan turidir. Ehtimol, hayotingizda kamida bir marta tebranish harakatlarini soatning tebranish mayatnikida yoki shamolda daraxtlarning shoxlarida ko'rgansiz. Ehtimol, siz kamida bir marta gitara torlarini tortib, ularning qanday tebranishini ko'rgansiz. Shubhasiz, agar siz o'z ko'zingiz bilan ko'rmagan bo'lsangiz ham, hech bo'lmaganda tikuv mashinasida igna yoki dvigateldagi piston qanday harakat qilishini tasavvur qilishingiz mumkin.
Bularning barchasida bizda vaqti-vaqti bilan takrorlanadigan harakatlarni bajaradigan qandaydir tanamiz bor. Aynan shu harakatlar fizikada tebranishlar yoki tebranishlar harakati deb ataladi. Bizning hayotimizda tebranishlar juda tez-tez sodir bo'ladi.
Ovoz- bu havo zichligi va bosimining o'zgarishi;
radio to'lqinlar- elektr va magnit maydon kuchlarining davriy o'zgarishi;
ko'rinadigan yorug'lik- elektromagnit tebranishlar ham, faqat to'lqin uzunligi va chastotasi biroz farq qiladi.
Zilzilalar- tuproq tebranishlari,
pasayish va oqim- dengiz va okeanlar sathining oyning jalb etilishi natijasida o'zgarishi va ba'zi hududlarda 18 metrga etishi;
yurak urishi- inson yurak mushaklarining davriy qisqarishi va boshqalar.
Uyg'onish va uyquning, ish va dam olishning, qish va yozning o'zgarishi ... Hatto bizning kundalik ishga borishimiz va uyga qaytishimiz ham tebranishlar ta'rifiga kiradi, ular aniq yoki taxminan muntazam ravishda takrorlanadigan jarayonlar sifatida talqin etiladi.
Tebranishlar mexanik, elektromagnit, kimyoviy, termodinamik va boshqalar. Bunday xilma-xillikka qaramay, ularning barchasida umumiylik bor va shuning uchun bir xil tenglamalar bilan tavsiflanadi.
uy umumiy xususiyatlar vaqti-vaqti bilan takrorlanadigan harakatlar - bu harakatlar tebranish davri deb ataladigan muntazam oraliqlarda takrorlanadi.
Keling, xulosa qilaylik:mexanik tebranishlar Bu aniq yoki taxminan muntazam ravishda takrorlanadigan tana harakatlaridir.
Fizikaning maxsus bo'limi - tebranishlar nazariyasi bu hodisalarning qonuniyatlarini o'rganish bilan shug'ullanadi. Ularni kema quruvchilar va samolyot quruvchilar, sanoat va transport mutaxassislari, radiotexnika va akustik uskunalarni yaratuvchilar uchun bilish kerak.
Tebranishlarni amalga oshirish jarayonida tana doimo muvozanat holatiga intiladi. Tebranishlar kimdir yoki biror narsa bu jismni muvozanat holatidan rad etganligi sababli vujudga keladi va shu bilan tanaga energiya beradi, bu esa uning keyingi tebranishlarini belgilaydi.
Faqat shu asl energiya tufayli yuzaga keladigan tebranishlar erkin tebranishlar deyiladi. Demak, ular tebranish harakatini saqlab qolish uchun tashqaridan doimiy yordamga muhtoj emaslar. 
Hayot haqiqatidagi tebranishlarning aksariyati ishqalanish kuchlari, havo qarshiligi va boshqalar tufayli asta-sekin damping bilan sodir bo'ladi. Shuning uchun bunday tebranishlar ko'pincha erkin tebranishlar deb ataladi, ularning asta-sekin so'nishi kuzatuv davrida e'tiborsiz qolishi mumkin.
Bunda tebranishlarda bog'langan va bevosita ishtirok etuvchi barcha jismlar birgalikda tebranish sistemasi deyiladi. Umuman olganda, odatda, tebranishlar mavjud bo'lgan tizim deb aytiladi.
Xususan, agar erkin osilgan jism ipda tebransa, u holda tananing o'zi, osma tebranish tizimiga kiradi, keyin esa osma va Yer o'zining tortishishi bilan biriktiriladi, bu tanani tebranadi va uni doimiy ravishda qaytaradi. dam olish holatiga. 
Bunday jism mayatnikdir. Fizikada mayatniklarning bir nechta turlari ajralib turadi: ip, bahor va boshqalar. Tebranuvchi jism yoki uning suspenziyasi shartli ravishda ip sifatida ifodalanishi mumkin bo'lgan barcha tizimlar ipli tizimlardir. Agar bu to'p muvozanat holatidan uzoqlashtirilsa va qo'yib yuborilsa, u boshlanadi ikkilanish, ya'ni muvozanat holatidan davriy ravishda o'tib, takroriy harakatlarni bajarish.
Xo'sh, bahor mayatniklari, siz taxmin qilganingizdek, buloqning elastik kuchi ta'sirida tebranishi mumkin bo'lgan tanadan va ma'lum bir bahordan iborat.
Tebranishlarni kuzatishning asosiy modeli matematik mayatnik deb ataladi. Matematik mayatnik kichik o'lchamdagi (ipning uzunligi bilan solishtirganda), ingichka cho'zilmaydigan ipga osilgan, massasi massaga nisbatan ahamiyatsiz bo'lgan tana deb ataladi. tanasi. Oddiy qilib aytganda, fikr yuritishda biz mayatnikning ipini umuman hisobga olmaymiz.
Jismlar qanday xususiyatlarga ega bo'lishi kerakki, ular tebranish sistemasini tashkil qiladi, deb ishonch bilan ayta olamiz va biz uni nazariy va matematik jihatdan tasvirlay olamiz.
Mayatnik uchun tebranish harakati qanday sodir bo'lishini o'zingiz o'ylab ko'ring.
Maslahat sifatida - rasm.
