Кој систем на тела може да се смета за осцилаторен? Главното својство на осцилаторните системи. Брзина и забрзување при хармониски вибрации

(или природни вибрации) се осцилации на осцилаторен систем кои настануваат само поради првично дадената енергија (потенцијална или кинетичка) во отсуство на надворешни влијанија.

Потенцијалната или кинетичката енергија може да се пренесе, на пример, во механичките системи преку почетно поместување или почетна брзина.

Слободно осцилирачките тела секогаш комуницираат со други тела и заедно со нив формираат систем на тела наречени осцилаторен систем.

На пример, пружина, топка и вертикален столб на кој е прикачен горниот крај на пружината (види слика подолу) се вклучени во осцилаторниот систем. Овде топката слободно се лизга по низата (силите на триење се занемарливи). Ако ја преместите топката надесно и ја оставите сама за себе, таа слободно ќе осцилира околу положбата на рамнотежа (точка ЗА) поради дејството на еластичната сила на пружината насочена кон положбата на рамнотежа.

Друг класичен пример на механички осцилаторен систем е математичкото нишало (види слика подолу). Во овој случај, топката врши слободни осцилации под влијание на две сили: гравитацијата и еластичната сила на конецот (и Земјата е вклучена во осцилаторниот систем). Нивната резултата е насочена кон положбата на рамнотежа.

Силите што дејствуваат помеѓу телата на осцилаторниот систем се нарекуваат внатрешните сили. Од надворешни силисе нарекуваат сили кои дејствуваат на системот од тела кои не се вклучени во него. Од оваа гледна точка, слободните осцилации може да се дефинираат како осцилации во систем под влијание на внатрешните сили откако системот ќе се отстрани од неговата рамнотежна положба.

Условите за појава на слободни осцилации се:

1) појавата во нив на сила која го враќа системот во положба на стабилна рамнотежа откако ќе биде отстранет од оваа состојба;

2) недостаток на триење во системот.

Динамика на слободни вибрации.

Вибрации на телото под влијание на еластичните сили. Равенка на осцилаторно движење на тело под дејство на еластична сила Ф() може да се добие земајќи го предвид вториот Њутнов закон ( F = ма) и Хуковиот закон ( F контрола = -kx), Каде ме масата на топката и е забрзувањето кое го добива топката под дејство на еластична сила, к- коефициент на вкочанетост на пружината, X- поместување на телото од положбата на рамнотежа (двете равенки се напишани во проекција на хоризонталната оска О). Изедначување на десните страни на овие равенки и земајќи предвид дека забрзувањето Ае вториот извод на координатата X(поместување), добиваме:

.

Сличен израз за забрзување Адобиваме со диференцирање ( v = -v m sin ω 0 t = -v m x m cos (ω 0 t + π/2)):

a = -a m cos ω 0 t,

Каде a m = ω 2 0 x m- амплитуда на забрзување. Така, амплитудата на брзината на хармоничните осцилации е пропорционална на фреквенцијата, а амплитудата на забрзувањето е пропорционална на квадратот на фреквенцијата на осцилации.

Механички вибрации – Тоа се движења кои се повторуваат точно или приближно во одредени интервали. (На пример, вибрации на гранка на дрво, нишало на часовник, автомобил на пружини итн)

Има флуктуации бесплатноИ принудени.

Осцилациите што се случуваат во системот под влијание на внатрешните сили се нарекуваатбесплатно. Сите слободни вибрации се пригушени. (На пример: вибрации на жицата по ударот)

Се нарекуваат вибрации направени од тела под влијание на надворешни сили кои периодично се менуваатпринудени (На пример: вибрации на метално работно парче кога ковач работи со чекан).

Услови за појава на слободни осцилации :

• Кога телото е отстрането од рамнотежна положба, мора да се појави сила во системот, со тенденција да го врати во рамнотежна положба;
• Силите на триење во системот мора да бидат многу мали (т.е. имаат тенденција на нула).

… Е роднина → Е Р → Е роднина →…

Користејќи го примерот на осцилации на телото на конец, гледаме конверзија на енергија . Во позиција 1, ја набљудуваме рамнотежата на осцилаторниот систем. Брзината и, според тоа, кинетичката енергија на телото е максимална. Кога нишалото отстапува од својата рамнотежна положба, се крева до висина ч во однос на нултата рамнина, затоа, во точката А нишалото има потенцијална енергија Е р . Кога се движите во положба на рамнотежа, до точката O, висината се намалува на нула, а брзината на товарот се зголемува, а во точката O целата потенцијална енергија Е р се претвора во кинетичка енергија Е роднина . При рамнотежа, кинетичката енергија е на својот максимум, а потенцијалната енергија е на минимум. По минување низ положбата на рамнотежа по инерција, кинетичката енергија се претвора во потенцијална енергија, брзината на нишалото се намалува и на максимум

Општи својства на сите осцилаторни системи:

Присуство на стабилна рамнотежна позиција.

Присуство на сила која го враќа системот во рамнотежна положба.

Карактеристики на осцилаторното движење:

Амплитудата е најголемото (во апсолутна вредност) отстапување на телото од положбата на рамнотежа.

Период е временскиот период во кој телото прави една целосна осцилација.

Фреквенцијата е бројот на осцилации по единица време.

Фаза (фазна разлика)

Се нарекуваат нарушувања кои се шират во вселената, оддалечувајќи се од местото на нивното потекло бранови.

Неопходен услов за појава на бран е појавата во моментот на нарушување на силите што го спречуваат, на пример еластичните сили.

Видови бранови:

Надолжен - бран во кој се јавуваат осцилации долж насоката на ширење на бранот

Попречно - бран во кој вибрациите се јавуваат нормално на насоката на нивното ширење.

Карактеристики на бранови:

Бранова должина е растојанието помеѓу точките најблиску една до друга, осцилирајќи во истите фази.

Брзината на бранот е количина нумерички еднаква на растојанието што секоја точка на бранот го поминува по единица време.

Звучни бранови -Ова се надолжни еластични бранови. Човечкото уво ги перцепира вибрациите со фреквенција од 20 Hz до 20.000 Hz во форма на звук.

Изворот на звукот е тело кое вибрира на звучна фреквенција.

Звучен приемник е тело способно да воочи звучни вибрации.

Брзината на звукот е растојанието што звучниот бран го минува за 1 секунда.

Брзината на звукот зависи од:

1. Температурите.

Карактеристики на звукот:

1. Теренот

   Амплитуда

   Волумен. Зависи од амплитудата на вибрациите: колку е поголема амплитудата на вибрациите, толку е погласен звукот.

Билет број 9.Модели на структурата на гасови, течности и цврсти материи. Термичко движење на атомите и молекулите. Брауново движење и дифузија. Интеракција на честички на материјата

Молекулите на гасот, кои се движат во сите правци, речиси не се привлекуваат едни кон други и го полнат целиот контејнер. Кај гасовите, растојанието помеѓу молекулите е многу поголемо од големината на самите молекули. Бидејќи во просек растојанијата помеѓу молекулите се десетици пати поголеми од големината на молекулите, тие слабо се привлекуваат една кон друга. Затоа, гасовите немаат свој облик и постојан волумен.

Течните молекули не се распрснуваат на долги растојанија, а течноста во нормални услови го задржува својот волумен. Молекулите на течноста се наоѓаат блиску една до друга. Растојанието помеѓу секоја две молекули е помало од големината на молекулите, па привлечноста меѓу нив станува значајна.

Во цврстите материи, привлечноста помеѓу молекулите (атомите) е уште поголема отколку кај течностите. Затоа, во нормални услови, цврстите материи ја задржуваат својата форма и волумен. Во цврстите материи, молекулите (атомите) се распоредени по одреден редослед. Тоа се мраз, сол, метали, итн. Таквите тела се нарекуваат кристали.Молекулите или атомите на цврстите тела вибрираат околу одредена точка и не можат да се движат подалеку од неа. Затоа, цврстото тело го задржува не само својот волумен, туку и обликот.

Бидејќи t е поврзана со брзината на движење на молекулите, тогаш хаотичното движење на молекулите што ги сочинуваат телата се нарекува термичко движење. Термичкото движење се разликува од механичкото движење по тоа што вклучува многу молекули и секоја од нив се движи случајно.

Брауново движење - ова е случајно движење на мали честички суспендирани во течност или гас, што се случува под влијание на влијанија од молекулите на животната средина. Откриен и првпат проучен во 1827 година од англискиот ботаничар Р. Браун како движењето на поленот во вода, видливо при големо зголемување. Брауновото движење не запира.

Феноменот во кој се јавува меѓусебна пенетрација на молекули на една супстанција помеѓу молекулите на друга се нарекува дифузија.

Постои взаемна привлечност помеѓу молекулите на супстанцијата. Во исто време, постои одбивност помеѓу молекулите на супстанцијата.

На растојанија споредливи со големината на самите молекули, привлечноста станува позабележлива, а со понатамошен пристап, одбивноста станува позабележлива.

Билетбр. 10. Термичка рамнотежа. Температура. Мерење на температурата. Врска помеѓу температурата и брзината на хаотичното движење на честичките

Два системи се во состојба на топлинска рамнотежа ако, при контакт преку дијатермичка преграда, параметрите на состојбата на двата системи не се менуваат. Дијатермичката преграда воопшто не ја попречува термичката интеракција на системите. Кога ќе дојде до термички контакт, двата системи достигнуваат состојба на топлинска рамнотежа.

Температурата е физичка големина што приближно ја карактеризира просечната кинетичка енергија на честичките на макроскопскиот систем на еден степен на слобода, која е во состојба на термодинамичка рамнотежа.

Температурата е физичка големина што го карактеризира степенот на загревање на телото.

Температурата се мери со помош на термометри. Основните единици за температура се Целзиус, Фаренхајт и Келвин.

Термометар е уред кој се користи за мерење на температурата на дадено тело преку споредба со референтните вредности, условно избрани како референтни точки и овозможувајќи утврдување на мерната скала. Покрај тоа, различни термометри користат различни односи помеѓу температурата и некои забележливи својства на уредот, што може да се смета за линеарно зависно од температурата.

Како што се зголемува температурата, просечната брзина на движење на честичките се зголемува.

Како што се намалува температурата, просечната брзина на движење на честичките се намалува.

Билет број 11.Внатрешна енергија. Работата и преносот на топлина како начини за промена на внатрешната енергија на телото. Закон за зачувување на енергијата во топлинските процеси

Енергијата на движење и интеракцијата на честичките што го сочинуваат телото се нарекува внатрешната енергија на телото.

Внатрешната енергија на телото не зависи ниту од механичкото движење на телото ниту од положбата на ова тело во однос на другите тела.

Внатрешната енергија на телото може да се менува на два начина: со вршење механичка работа или со пренос на топлина.

пренос на топлина.

Како што температурата се зголемува, внатрешната енергија на телото се зголемува. Како што температурата се намалува, внатрешната енергија на телото се намалува. Внатрешната енергија на телото се зголемува кога се работи на него.

Механичката и внатрешната енергија можат да се движат од едно тело до друго.

Овој заклучок важи за сите термички процеси. При пренос на топлина, на пример, повеќе загреано тело испушта енергија, а помалку загреано тело добива енергија.

Кога енергијата преминува од едно тело на друго или кога еден вид енергија се претвора во друг, енергија зачувани .

Доколку дојде до размена на топлина помеѓу телата, тогаш внатрешната енергија на сите грејни тела се зголемува онолку колку што се намалува внатрешната енергија на телата за ладење.

БилетБр. 12. Видови пренос на топлина: топлинска спроводливост, конвекција, зрачење. Примери за пренос на топлина во природата и технологијата

Процесот на промена на внатрешната енергија без да се работи на телото или самото тело се нарекува пренос на топлина.

Трансферот на енергија од позагреаните делови на телото на помалку загреаните како резултат на термичко движење и интеракција на честичките се нарекува. топлинска спроводливост.

На конвекцијаенергијата се пренесува преку самите гасни или течни млазници.

Радијација -процесот на пренос на топлина со зрачење.

Преносот на енергија со зрачење се разликува од другите видови пренос на топлина по тоа што може да се изврши во целосен вакуум.

Примери за пренос на топлина во природата и технологијата:

Ветрови.Сите ветрови во атмосферата се конвекциски струи од огромни размери.

Конвекцијата ги објаснува, на пример, ветровите што се појавуваат на бреговите на морињата. Во летните денови, земјата се загрева од сонцето побрзо од водата, затоа воздухот над копното се загрева повеќе отколку над водата, неговата густина се намалува и притисокот станува помал од притисокот на постудениот воздух над морето. Како резултат на тоа, како и кај бродовите што комуницираат, студениот воздух од морето подолу се движи кон брегот - дува ветер. Ова е дневен ветре. Во текот на ноќта, водата се лади побавно од копното, а воздухот над копното станува постуден отколку над водата. Се формира ноќно ветре - движење на студениот воздух од земја до море.

Влечење.Знаеме дека без снабдување со свеж воздух, согорувањето на горивото е невозможно. Ако не влезе воздух во ложиштето, рерната или цевката на самоварот, тогаш согорувањето на горивото ќе престане. Обично тие користат природен проток на воздух - нацрт. За да се создаде нацрт над ложиштето, на пример, во котелски инсталации на фабрики, постројки, електрани, се поставува цевка. Кога гори горивото, воздухот во него се загрева. Ова значи дека притисокот на воздухот во ложиштето и цевката станува помал од притисокот на надворешниот воздух. Поради разликата во притисокот, студениот воздух влегува во ложиштето, а топол воздух се крева нагоре - се формира нацрт.

Колку е повисока цевката изградена над ложиштето, толку е поголема разликата во притисокот помеѓу надворешниот воздух и воздухот во цевката. Затоа, потисокот се зголемува со зголемување на висината на цевката.

Греење и ладење на станбени простории.Жителите на земјите лоцирани во умерените и студените зони на Земјата се принудени да ги загреваат своите домови. Во земјите лоцирани во тропски и суптропски зони, температурата на воздухот дури и во јануари достигнува + 20 и +30 o C. Овде користат уреди што го ладат воздухот во просториите. И греењето и ладењето на внатрешниот воздух се засноваат на конвекција.

Препорачливо е да се постават уреди за ладење на врвот, поблиску до таванот, за да се појави природна конвекција. На крајот на краиштата, ладниот воздух има поголема густина од топлиот воздух и затоа ќе потоне.

Уредите за греење се наоѓаат подолу. Многу модерни големи куќи имаат греење на вода. Циркулацијата на водата во неа и загревањето на воздухот во просторијата се јавуваат поради конвекција.

Доколку инсталацијата за загревање на објектот се наоѓа во самата зграда, тогаш во подрумот се поставува котел во кој се загрева вода. Вертикалната цевка што се протега од котелот носи топла вода во резервоарот, кој обично се става на таванот на куќата. Од резервоарот се изведува систем на дистрибутивни цевки преку кои водата поминува во радијаторите поставени на сите катови, им ја дава својата топлина и се враќа во котелот, каде повторно се загрева. Така настанува природна циркулација на водата - конвекција.

Движењето во кое состојбите на движење на телото се повторуваат со текот на времето, при што телото минува низ стабилна положба на рамнотежа наизменично во спротивни насоки, се нарекува механичко осцилаторно движење.

Ако состојбите на движење на телото се повторуваат во одредени интервали, тогаш осцилациите се периодични. Физички систем (тело), ​​во кој се појавуваат и постојат осцилации при отстапување од рамнотежна положба, се нарекува осцилаторен систем.

Осцилаторниот процес во системот може да се случи под влијание и на надворешни и на внатрешни сили.

Осцилациите што се случуваат во системот под влијание само на внатрешните сили се нарекуваат слободни.

За да се појават слободни осцилации во системот, потребно е:

1. Присуство на стабилна рамнотежна положба на системот Така, слободните осцилации ќе се појават во системот прикажан на слика 13.1, а; во случаите б и в нема да настанат.
2. Присуство на вишок механичка енергија во материјална точка во споредба со нејзината енергија во стабилна рамнотежна положба. Значи, во системот (сл. 13.1, а) потребно е, на пример, да се отстрани телото од неговата рамнотежна положба: т.е. пријавите вишок потенцијална енергија.
3. Дејството на силата за враќање на материјална точка, т.е. сила секогаш насочена кон положбата на рамнотежа. Во системот прикажан на сл. 13.1, а, силата на враќање е резултантната сила на гравитацијата и нормалната реакциона сила \(\vec N\) на потпорот.
4. Во идеалните осцилаторни системи нема сили на триење, а добиените осцилации можат да траат долго време. Во реални услови, вибрациите се јавуваат во присуство на сили на отпор. За да се појави и продолжи осцилацијата, вишокот енергија добиена од материјална точка кога е поместена од стабилна рамнотежна положба не смее целосно да се троши за надминување на отпорот при враќањето во оваа позиција.

Литература

Аксенович Л.А. Физика во средно училиште: Теорија. Задачи. Тестови: Учебник. додаток за установи кои обезбедуваат општо образование. средини, образование. - стр 367-368.

ДЕФИНИЦИЈА

Осцилаторно движење- ова е движење кое се повторува точно или приближно во еднакви временски интервали, при што телото минува низ положба постојано и во различни насоки.

Осцилаторното движење, заедно со транслаторното и ротационото движење, е еден од видовите.

Физичкиот систем (или тело) во кој се јавуваат осцилации при отстапување од положбата на рамнотежа се нарекува осцилаторен систем. Слика 1 прикажува примери на осцилаторни системи: а) конец + топка + земја; б) оптоварување + пружина; в) испружена низа.

Сл.1. Примери на осцилаторни системи: а) конец + топка + земја; б) оптоварување + пружина; в) испружена низа

Ако нема загуби поврзани со дејството во осцилаторниот систем, тогаш осцилациите ќе продолжат на неодредено време. Таквите осцилаторни системи се нарекуваат идеални. Во реалните осцилаторни системи, секогаш има загуби на енергија предизвикани од силите на отпор, како резултат на што осцилациите не можат да продолжат бесконечно, т.е. се амортизирани.

Слободните вибрации се вибрации кои се јавуваат во системот под влијание на внатрешните сили. – осцилации кои настануваат во системот под влијание на надворешен периодичен .

Услови за појава на слободни осцилации во системот

• системот мора да биде во стабилна положба: кога системот отстапува од положбата на рамнотежа, мора да се појави сила која има тенденција да го врати системот во рамнотежна положба - враќање;
• присуството на вишок механичка енергија во системот во споредба со неговата енергија во рамнотежна положба;
• вишокот , добиен од системот кога е поместен од рамнотежна положба, не треба целосно да се потроши за надминување на силите на триење при враќање во рамнотежна положба, т.е. во системот мора да биде доволно мал.

Примери за решавање проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2