Гармонические колебания

Лекция 1.

Колебание – это более или менее регулярно повторяющийся процесс. Таково очень нестрогое, «качественное» определение понятия «колебание». Приведем несколько примеров периодических процессов, относящихся к различным областям физики (и не только физики). Колеблется груз, подвешенный на пружине; колеблется поверхность воды; колеблется струна музыкального инструмента; колеблется давление воздуха, вызывая колебания барабанной перепонки человеческого уха; периодически изменяется солнечная активность и т.д.

Кроме того, более или менее периодически меняется температура воздуха в течение года; периодически изменяется количеств автомобилей на улицах города (больше в часы пик - меньше поздней ночью); периодически изменяется экономическая ситуация в жизни общества - кризисные явления сменяются подъемами экономики и т.д.

По существу периодические процессы – это наиболее часто встречающие процессы в природе, а закономерности колебательных процессов – фундаментальные законы природы.

Наша задача – познакомиться с наиболее простейшими видами колебательного движения, основными характеристиками колебательных процессов, с математическим способом описания колебаний.

Время, через которое движение полностью повторяется, называется периодом Т. Число колебаний, совершаемых в единицу времени – частота . Очевидно, .

Колебания можно классифицировать различными способами. По причине, вызывающей колебания, их можно разделить на свободные и вынужденные.

Свободные колебания происходят под действием внутренних сил, возникающих в системе при выведении ее из положения равновесия. Таковы колебания груза, подвешенного на пружине – достаточно вывести маятник из положения равновесия и больше не «вмешиваться» в его поведение, груз будет периодически изменять свое положение в пространстве.

Вынужденные колебания происходят под действием внешней периодически действующей силы. Например, вибрирует опора станка под действие регулярных толчков со стороны вращающихся деталей; колеблется корпус музыкального инструмента и столб воздуха внутри него под действием толчков со стороны прикрепленной к корпусу колеблющейся струны.

Другой способ классификации колебательных процессов основан на сравнении законов, по которым происходит изменение колеблющейся величины. Если какая-либо физическая величина изменяется по гармоническому закону (закону синуса или косинуса), то колебания называют гармоническими. Любые другие периодические изменения называются негармоническими. Заметим, что гармоническими могут быть как свободные, так и вынужденные колебания.

Вопрос 1. Пружинный маятник.

Дата добавления: 2015-07-24