КОЛЕБАНИЯ
Колебания – движения или процессы, обладающие повторяемостью или обратимостью во времени. Под колебательным движением понимают такое движение материальной точки или сложных систем, когда через определенные промежутки времени они возвращаются в свои исходные состояния или близкие к ним, так что цикл все время повторяется.
Механическое колебание -повторяющееся движение материальной точки (тела) по какой-либо незамкнутой траектории, которую эта точка проходит поочередно в противоположных направлениях.
Полное колебание точки – один законченный цикл колебательного движения, после которого оно повторяется в том же порядке.
Смещение – расстояние от положения устойчивого равновесия колеблющейся точки до ее положения в заданный момент времени. Смещение точки – величина, характеризующая положение колеблющейся точки в выбранный момент относительно положения равновесия.
Амплитуда колебания A – абсолютная величина максимального отклонения колеблющейся точки от положения ее устойчивого равновесия (или от среднего положения). Амплитуда численно равна наибольшему смещению колеблющейся точки.
Периодическим называют повторяющееся движение, у которого каждый цикл в точности воспроизводит предыдущий цикл. Минимальный промежуток времени, за который система возвращается в исходное состояние называется периодом.
Период полного колебания – время между двумя последовательными прохождениями тела при колебательном движении через одно и то же положение в одном и том же направлении. Единица измерения периода T – секунда.
Частота f или v – отношение числа полных циклов какого-либо периодического процесса к промежутку времени, в течение которого совершается это число циклов. Частота – это число колебаний, совершаемых телом в секунду. Единица измерения частоты v=1/T - герц.
Фаза колебаний – величина, характеризующая как положение, так и направления движения колеблющейся точки в заданный момент. Обозначение - j.
Измеряется в рад (радианы). В уравнении колебаний фаза - это аргумент синуса (или косинуса): x=X0*sin(j) = X0*sin(wt+j0),то есть j = wt+j0, где j0 - начальная фаза, то есть фаза, с которой начинаются колебания. Фаза меняется за период колебаний от 0 до 2p - период синуса (косинуса). W – циклическая частота колебаний груза (выражается в секундах в минус первой степени)
Гармоническое колебание — явление периодического изменения какой-либо величины, при котором зависимость от аргумента имеет характер функции синуса или косинуса. Например, гармонически колеблется величина, изменяющаяся во времени следующим образом:
или
,
где х — значение изменяющейся величины, t — время, остальные параметры — постоянные: А — амплитуда колебаний, ω — циклическая частота колебаний, 
— полная фаза колебаний, 
— начальная фаза колебаний.
Математический маятник — осциллятор, представляющий собой механическую систему, состоящую из материальной точки, находящейся на невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне в однородном поле сил тяготения. Период малых собственных колебаний математического маятника длины l неподвижно подвешенного в однородном поле тяжести с ускорением свободного падения g равен
и не зависит от амплитуды и массы маятника.
У математического маятника сила тяжести направлена вниз, а сила упругости нити по направлению к нити. Математический маятник, в отличии от физического – пренебрегает размерами шарика (считает его размер пренебрежимо маленьким по отношению к нити), растяжением нити, силой трения, массой нити.
Вынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. Примеры: листья на деревьях, поднятие и опускание руки. При вынужденных колебаниях может возникнуть явление резонанса: резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты осциллятора и частоты внешнего воздействия.
Свободные (или собственные) — это колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из состояния равновесия (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие). Простейшими примерами свободных колебаний являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.
Затухающие колебания — колебания, энергия которых уменьшается с течением времени. Бесконечно длящийся процесс вида 
в природе невозможен. Свободные колебания любого осциллятора рано или поздно затухают и прекращаются. Поэтому на практике обычно имеют дело с затухающими колебаниями. Они характеризуются тем, что амплитуда колебаний A является убывающей функцией. Обычно затухание происходит под действием сил сопротивления среды, наиболее часто выражаемых линейной зависимостью от скорости колебаний 
или её квадрата.
Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы.
ВОЛНЫ
Волна — изменение состояния среды или физического поля (возмущение), распространяющееся либо колеблющееся в пространстве и времени или в фазовом пространстве.
Механические волны делятся на:
а) продольные
- колебания среды происходят вдоль направления распространения волн, при этом возникают области сжатия и разрежения среды, возникают в любой среде (жидкости, в газах, в твердых телах).
б) поперечные
-колебания среды происходят перпендикулярно направлению их распространения,
при этом происходит сдвиг слоев среды, возникают только в твердых телах.
Групповая скорость — это величина, характеризующая скорость распространения «группы волн» - то есть более или менее хорошо локализованной квазимонохроматической волны (волны с достаточно узким спектром).
В одномерных средах без дисперсии групповая скорость формально совпадает с фазовой скоростью лишь в случае одномерных волн.
Фазовая скорость — скорость перемещения точки, обладающей постоянной фазой колебательного движения, в пространстве вдоль заданного направления. Обычно рассматривают направление, совпадающее с направлением волнового вектора, и фазовой называют скорость, измеренную именно в этом направлении, если противное не указано явно (то есть если явно не указано направление, отличное от направления волнового вектора). Фазовая скорость по направлению волнового вектора совпадает со скоростью движения фазового фронта (поверхности постоянной фазы). Ее можно рассматривать при желании как векторную величину.
Поляризация волн — явление нарушения симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряжённостей электрического или магнитного полей в электромагнитных волнах) относительно направления её распространения. В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как возмущения в этом типе волн всегда совпадают с направлением распространения.
Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы — вращение вокруг волнового вектора.
Причиной возникновения поляризации волн может быть:
Зависимость мгновенных потенциалов при круговой поляризации
Основными являются два вида поляризации:
Звуковыми (или акустическими) волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах 16—20000 Гц. Волны указанных частот, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают ощущение звука. Волны с n < 16 Гц (инфразвуковые) и n > 20 кГц (ультразвуковые) органами слуха человека не воспринимаются.
Эффект Доплера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.
Эффект Доплера легко наблюдать на практике, когда мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим, сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон, который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится (а длина уменьшится), и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, он услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты (и, соответственно, большей длины) звуковых волн.
Дата добавления: 2015-11-05; просмотров: 20 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| | |