Вільні коливання

Коливальні процеси - одне з найпоширеніших явищ в природі. Їх дослідженням займаються різні галузі знання, перш за все, фізика. Щоб відповісти на питання, які коливання називаються вільними, слід врахувати, що дана категорія є вихідною у вивченні всього різноманіття коливальних явищ, що мають місце в природі.

Розрізняють такі їх види, що класифікуються за таких підстав.

За фізичну природу розрізняють коливання механічні, електромагнітні та змішані, що поєднують ознаки вже названих.

Відео: Електромагнітні коливання

За способом протікання в навколишніх середовищах виділяють коливання:

- вимушені, тобто ті, які викликаються і відбуваються під впливом різного роду зовнішніх збурень середовищ, в яких вони відбуваються. При цьому необхідно дотримуватися умова періодичності цих збурень;

Відео: 23 Коливальний рух Вільні коливання

- вільні коливання, звані ще власними, які ініціюються внутрішніми властивостями системи і які характеризуються обов`язковим загасанням, коли дія внутрішніх сил припиняється або зменшується;

- автоколебания - такі, які характеризуються наявністю у системи деякого потенціалу (Потенційної енергії), забезпечує здійснення коливань. Головне, ніж вільні коливання відрізняються від автоколивань, виступає залежність амплітуди немає від початкового ініціюючого імпульсу сили, а від характеристик самої фізичної системи;

- параметричні - це коливання, які формуються при навмисному завданні коливальній системі будь-якого параметра, який виступає проявом властивостей зовнішнього середовища;

- випадкові коливання являють собою такі, в яких впливають на коливальний процес фактори носять випадковий, що не параметричний характер.

Узагальнюючи дані характеристики, можна зробити висновок про те, що в найзагальнішому вигляді коливання - це повторювані з певною періодичністю зміни якоїсь системи щодо її рівноважного стану. Найбільш поширеними сферами прояви коливальних процесів в природі виступають механічні явища, хімічні, хвильові і електричні, астрономічні, електромагнітні та інші. Загальною властивістю всіх без винятку видів коливань, є те, що вони безпосередньо пов`язані з енергетичним переходом - перетворенням одного виду енергії в інший.

Відео: Вільні коливання механічних систем

Як уже зазначалося, вихідною точкою в дослідженні природи коливальних процесів, є дослідження такого їх виду, як вільні коливання. Їх основними характеристиками є наступні параметри:

- амплітуда (А) - найбільша величина відхилення системи від її рівноважного стану (найчастіше використовується показник усередненого значення);

- період (Т) - певний відрізок часу, протягом якого можна зафіксувати повторення станів системи;

Відео: Вільні електромагнітні коливання. Перетворення енергії. урок 88

- частота вільних коливань (f) - кількість коливань, яке здійснює система за певну одиницю часу. Цей параметр вимірюється в герцах (Гц).

Зв`язок цих параметрів відображає формула, яка характеризує вільні коливання як явище. Для різних коливальних систем параметри в дану формулу включаються в різних поєднаннях, в залежності від того, яка конкретно система розглядається.

Наприклад, в найпростішому коливальному контурі період і частота, пов`язані формулою: f = 1 / T, з неї видно, що період і частота є зворотними значеннями.

Якщо розглянути вільні коливання, які відбуваються в такій системі, якою є закріплена статично пружина, що володіє певною пружністю (k), то тут слід звернутися до другого закону Ньютона. З урахуванням його, формула, що відображає властивості розглянутої коливальні системи, набуде вигляду: F = -kx. Це говорить про те, що якщо знехтувати значеннями сил тертя, а масу прийняти за величину постійну, то така система буде завжди здійснювати коливання з однаковим періодом, навіть при різних амплітудах і початкових умовах їх виникнення.