Коливання

Періодичні процеси також називають коливальними рухами або просто коливаннями. Найбільш наочно коливальний рух можна представити за допомогою маятника. Рух маятника є прикладом механічного коливального руху. Звичайний маятник являє собою вантаж, підвішений на нитці (математичний маятник) або прикріплений до пружини (пружинний маятник). Математичний маятник називається так тому, що при вивченні його коливань доводиться, як це буває завжди в математичній фізиці (згадаймо Галілея), чим-небудь нехтувати. В даному випадку нехтують розміром підвішеного тіла і вагою нитки, на якій воно підвішене. Вважається, що розмір самого тіла набагато менше довжини нитки, а його вага набагато більше її ваги. В ідеалі тіло взагалі не має розмірів і являє собою нескінченно малу точку, а нитка абсолютно невагома. Так, звичайно, не буває, але для розрахунків така модель дуже зручна.
Математичний маятник. Процес коливання математичного маятника виглядає наступним чином (рис. 56). Відведемо вантаж на деяку відстань. Тоді на нього буде діяти сила тяжіння, спрямована вертикально вниз, і сила натягу нитки. В результаті складання цих сил вантаж буде здійснювати рух по дузі. Опинившись в найнижчій точці, він досягне положення рівноваги. Але він не зупиняється, а за інерцією продовжує свій рух по дузі, але вже піднімаючись вгору. Так як прискорення під час зниження і під час підйому рівні по модулю, висота цієї точки буде в точності дорівнює тієї, з якою маятник почав своє зниження. Тому весь процес руху повторюється, але у зворотному напрямку. При відсутності тертя ці коливання будуть тривати нескінченно.
Пружинний маятник. Пружинний маятник схожий за принципом дії на математичний, але замість гравітації в ньому діє сила пружності пружини. Якщо закріпити вантаж на горизонтальній пружині, а потім цю пружину розтягнути, то сила пружності буде пропорційна подовженню пружини (рис. 57). Під дією цієї сили вантаж почне рухатися вгору до положення рівноваги. Але, дійшовши до точки рівноваги, він не зупиниться, а буде по інерції продовжувати рухатися в протилежну сторону, стискаючи пружину. Пружна сила стискає пружину спочатку зупинить вантаж, а потім змусить його рухатися в зворотному напрямку, поки він не повернеться у вихідну точку.

Там на вантаж знову буде діяти сила розтягнутої пружини, і коливальний процес буде продовжуватися.

Посилання на основну публікацію