Колебания

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Отличие колебания от волны

Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку.

Колебания почти всегда связаны с попеременным превращением энергии одной формы проявления в другую форму. Колебания различной физической природы имеют много общих закономерностей и тесно взаимосвязаны c волнами. Поэтому исследованиями этих закономерностей занимается обобщённая теория колебаний и волн. Принципиальное отличие от волн: при колебаниях не происходит переноса энергии, это, так сказать, «местные» преобразования.

Классификация[править | править вики-текст]

Выделение разных видов колебаний зависит от подчёркиваемых свойств колеблющихся систем (осцилляторов)

По физической природе[править | править вики-текст]

По характеру взаимодействия с окружающей средой[править | править вики-текст]

  • 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.
  • Автоколебания — колебания, при которых система имеет запас потенциальной энергии, расходующейся на совершение колебаний (пример такой системы — механические часы). Характерным отличием автоколебаний от вынужденных колебаний является то, что их амплитуда определяется свойствами самой системы, а не начальными условиями.
  • Параметрические — колебания, возникающие при изменении какого-либо параметра колебательной системы в результате внешнего воздействия.
  • Случайные — колебания, при которых внешняя или параметрическая нагрузка является случайным процессом.

Характеристики[править | править вики-текст]

  • Амплитуда — максимальное отклонение колеблющейся величины от положения равновесия, A\,\! (м)
  • Период — промежуток времени, через который повторяются какие-либо показатели состояния системы (система совершает одно полное колебание), T\,\! (с)
  • Частота — число колебаний в единицу времени, f\,\! (Гц, с−1).

Период колебаний T\,\! и частота f\,\! — обратные величины;

T=\frac{1}{f}\qquad\,\! и f=\frac{1}{T}\,\!

В круговых или циклических процессах вместо характеристики «частота» используется понятие круговая (циклическая) частота \omega\,\! (рад/с, Гц, с−1), показывающая число колебаний за 2\pi единиц времени:

\omega =\frac{2\pi}{T} =2\pi f\,\!
  • Смещение — отклонение тела от положения равновесия. Обозначение Х, Единица измерения — метр.
  • Фаза колебаний — определяет смещение в любой момент времени, то есть определяет состояние колебательной системы.

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 293—295. ISBN 5-85270-306-0 (БРЭ)