Физика. Калибания

Колебания

- повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы. Наиболее наглядно демонстрирует колебательный процесс качающийся маятник.

Классификация:

По физической природе:

• Механические (звук, вибрация с частотой

от 16 Гц до 20 000 Гц)

• Электромагнитные

1. γ-излучение

2. Рентеновское излучение

3. Ультрафиолетовое излучение

4. Излучение оптического диапазона.

(видимая часть спектра)

5. Инфракрасное излучение

6. Терагерцовое_излучение (300 ГГц - 3 ТГц)

7. Радиоволны (короткие, средние, длинные)

• Смешанного типа - комбинации вышеперечисленных

По характеру взаимодействия с окружающей средой:

• Вынужденные - колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия.

• Собственные (или свободные) - колебания при отсутствии внешних сил, когда система, после первоначального воздействия внешней силы, предоставляется самой себе (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие)

• Автоколебания - колебания, при которых система имеет запас потенциальной энергии, расходующейся на совершение колебаний (пример такой системы - механические часы).

• Параметрические - колебания, при которых за счет внешнего воздействия происходит изменение какого-либо параметра колебательной системы.

Колебательные процессы характеризуются следующими физическими величинами.

Период колебаний Т – промежуток времени, через который состояние системы принимают одинаковые значения: u(t + T) = u(t).

Частота колебаний n или f – число колебаний в 1 секунду, величина, обратная периоду: n = 1/Т. Измеряется в герцах (Гц), имеет размерность с–1. Маятник, совершающий одно качание в секунду, колеблется с частотой 1 Гц. В расчетах нередко используют круговую, или цикличную частоту w = 2pn.

Фаза колебаний j – величина, показывающая, какая часть колебания прошла с начала процесса. Измеряется в угловых величинах – градусах или радианах.

Амплитуда колебаний А – максимальное значение, которое принимает колебательная система, «размах» колебания.

Периодические колебания могут иметь самую разную форму, но наибольший интерес представляют так называемые гармонические, или синусоидальные колебания. Математически они записываются в виде

u(t) = A sin j = A sin(wt + j0), где A – амплитуда, j – фаза, j0 – ее начальное значение, w – круговая частота, t – аргумент функции, текущее время. В случае строго гармонического, незатухающего колебания, величины А, w и j0 не зависят от t.

Несмотря на принципиально разную природу волн, законы, определяющие их распространение, имеют много общего. Так, упругие волны в жидкостях или газах и электромагнитные волны в однородном пространстве, излученные малым источником, описываются одним и тем же уравнением, а волны на воде, подобно свету и радиоволнам, испытывают интерференцию и дифракцию.