Коливання і хвилі

Механічні коливання, коливальна система, вільні та вимушені коливання, гармонічні коливання, характеристики коливальної системи. T 

Коливання – багаторазове точне або приблизне повторення якогось процесу з часом.
Механічними коливаннями називають періодичний рух тіла	Рух тіла, яке проходить одні й ті ж положення через певний проміжок часу називають періодичним.
Період  - проміжок часу, за який відбувається одне повне коливання.	Повне коливання – рух який постійно повторюється.
Система, в якій відбувається коливальний рух називається коливальною	Прикладом коливальної системи є гойдалка, маятник годинника, струна скрипки.
Коливання розрізняють вільні і вимушені. Вимушені коливання – коливання, що відбуваються під дією зовнішніх сил.	Приклади: Коливання динаміка . Зовнішні сили, створені тілами, що не входять до системи.
Вільні коливання – це коливання, які відбуваються під дією внутрішніх сил системи після виведення зі стану рівноваги. Внутрішні сили – сили , що діють між тілами чи точками системи	Приклад: гойдалка перебуває у рівновазі, на неї діють внутрішні сили - сила тяжіння і сила натягу підвісу, що компенсуються. Якщо гойдалку відхилити на певний кут, то вантаж підніметься на деяку висоту, а отже СИСТЕМА отримає потенціальну енергію. Внутрішні сили прагнуть повернути систему в стан рівноваги, але завдяки наданій (надлишковій) енергії зробити цього не можуть. Гойдалка починає коливатися.
Вільні коливання виникають якщо:	- Внутрішні сили намагаються повернути систему до положення рівноваги; - Сили тертя і опору в системі відсутні, або досить малі. Якщо сили опору в системі = 0 , то коливання такої системи називають не затухаючими. Якщо сили опору в системі діють, то на я їх подолання витрачається енергія і такі коливання поступово згасають.
Стан коливальної системи описують рівнянням руху. Гармонічні коливання – коливання, які відбуваються за законом синуса або косинуса.	Для гармонічних коливань: $$x=A\cos  (\omega t+{ { \varphi  }_{ 0 } })$$
Характеристики коливальної системи	Х – відхилення тіла від положення рівноваги [M] A – амплітуда (макс. відхилення від полож. рівн.) [M] \(\omega\)- циклічна частота  t – час [с]
$$T=\frac { 1 }{ \nu  }$$	Т – період. Це проміжок часу за який відбувається одне повне коливання. [с]
$$\nu =\frac { 1 }{ T }$$ $$\nu =\frac{N}{t}$$, де N – кількість коливань.	Частота – кількість повних коливань за одиницю часу $$\left[ { c }^{ -1 } \right] =\frac { 1 }{ c } $$
$$\omega =2\pi \nu$$	Циклічна частота - це кількість коливань за 2π секунд. Використовується для більшої зручності обрахунків.
$$\varphi =\omega t$$ \(\varphi \) Початкова фаза коливань.	Фаза коливань – характеризує стан коливальної системи в даний момент часу. Показує на якому етапі свого циклічного руху знаходиться точка. Фазу коливань записано в рівнянні руху після функції cos sin.
Вимушені коливання	Зовнішня сила задає системі частоту та закон коливань Амплітуда вимушених коливань пропорційна амплітуді зовнішньої сили Втрати енергії системою внаслідок подолання сил опору компенсуються зовнішньою силою Амплітуда вимушених коливань залежить від співвідношення частоти зовнішньої сили й власної частоти коливальної системи Амплітуда найбільша, якщо частота дії сили і коливань системи збігається.

Модель механічної хвилі можна дослідити встановивши налаштування відповідно до малюнку, та змінюючи амплітуду і частоту.

Ресурси за цією темою:

• Коливальний рух. Амплітуда, період і частота коливань. Маятники. Математичний маятник.
• Коливальний рух (disted.edu)