Личные инструменты

2168
з математики

132
учня

168
для 11 класу

443
відкореговано


Вашій увазі

24638
уроків


Перетворення енергії в коливальному русі. Вимушені коливання. Резонанс

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 11 клас>> Фізика: Перетворення енергії в коливальному русі. Вимушені коливання. Резонанс


ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В КОЛИВАЛЬНОМУ РУСІ. ВИМУШЕНІ КОЛИВАННЯ. РЕЗОНАНС


ЕНЕРГІЯ КОЛИВАЛЬНОГО РУХУ

У механіці розрізняють кінетичну та потенціальну енергії тіл. Кінетична енергія визначається масою тіл та швидкістю їх руху:

3-52.jpg

Потенціальну енергію тіла у полі сил тяжіння визначають за формулою Еп = mgh, а потенціальну енергію пружно деформованого тіла (наприклад, пружини)

3-53.jpg

Якщо розглядати рух тягаря, прикріпленого до пружини (див. мал. 2.1, 2.2), то тут періодично змінюватимуться як швидкість руху тіла, так і сила пружності пружини. Отже, періодично будуть змінюватися кінетична й потенціальна енергії. Кінетична енергія матиме максимальні значення у моменти проходження тілом положень рівноваги, а потенціальна — у моменти перебування тіла в точках найбільших відхилень від положення рівноваги.

Досі ми вважали, що в коливальних системах втрат механічної енергії немає, тому повна механічна енергія системи залишалася сталою:

3-54.jpg

Кінетична енергія матиме максимальні значення у моменти проходження тілом положень рівноваги, а потенціальна— у моменти перебування тіла в точках найбільших відхилень від положення рівноваги

3-53.jpg

У разі максимального відхилення тіла від положення рівноваги повна механічна енергія системи дорівнюватиме максимальній потенціальній енергії пружно деформованої пружини:

3-55.jpg

Оскільки  втратами  механічної енергії у системі ми поки що нехтуємо, то

3-56.jpg

Якщо не враховувати втрати механічної енергії у системі, то

3-56.jpg

З останнього рівняння можна легко знайти максимальне значення швидкості руху тіла в коливальному процесі. Зробіть це самі.


ВИМУШЕНІ КОЛИВАННЯ. РЕЗОНАНС, ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ ТА УСУНЕННЯ В ТЕХНІЦІ

Вимушеними вважають коливання, що відбуваються під дією зовнішньої періодичної сили. Наприклад, ви можете взяти в руку книжку і здійснювати нею вимушені коливання. На книжку з боку руки діє зовнішня періодична сила.

Однак у таких вимушених коливаннях немає чогось особливого і цікавого. Інша річ, коли зовнішня періодична сила діє на тіло, яке може самостійно здійснювати вільні коливання (такі коливання завжди затухаючі).

Якщо тіло в момент початку дії змушувальної сили було нерухомим, то спочатку амплітуда його коливань поступово зростає, через певний час досягає максимального значення і далі не збільшується.

Важливе явище спостерігається у разі, коли частота змушувальної сили збігається з частотою коливань тіла, на яке ця сила діє. При цьому амплітуда коливань досягає максимального значення, яке у багато разів може перевищувати амплітуду вільних коливань. Таке явище називають резонансом. 

Вимушеними вважають коливання, що відбуваються під дією зовнішньої періодичної сили

Важливе явище спостерігається в разі, коли частота змушувальної сили збігається з частотою коливань тіла, на яке ця сила діє. При цьому амплітуда коливань досягає максимального значення, яке у багато разів може перевищувати амплітуду вільних коливань. Таке явище називають резонансом

ідеальному випадку, коли в системі немає опору fрез = fо, резонанс настає, якщо частоти змушувальної сили і вільних коливань системи збігаються. Амплітуда коливань при цьому нескінченно зростає.

Чим менший коефіцієнт опору середовища, тим більша амплітуда резонансного коливання (мал. 2.15) і гостріший резонанс.

5465.jpg
У багатьох випадках резонанс є корисним явищем. Резонанс ми використовуємо в різноманітних типах частотомірів. Особливо важливу роль відіграє резонанс у радіотехніці. Однак трапляються випадки, коли резонансу треба уникати, оскільки його неврахування призводить до певних ускладнень, навіть до катастроф. Так, усього через кілька місяців після введення в дію зруйнувався Такомський підвісний міст (СІ1ІА), в якому виникли резонансні коливання під дією вітру. Випадки руйнування мостів під дією періодичної сили (наприклад, коли по мосту йдуть «у ногу» війська) траплялись нерідко. Так, у 1831 р. у Манчестері 60 осіб так само зруйнували міст через річку Ірвель. У 1868 р. в Чатамі зруйнувався міст на опорах під час проходження загону британської піхоти. У 1850 р. зруйнувався Анжерський підвісний міст, коли по ньому крокував батальйон французької піхоти чисельністю 500 осіб, при цьому 226 осіб загинуло.

Наведені приклади засвідчують важливість дослідження коливань і врахування їх у техніці. Нині кожну деталь, яка в тому чи іншому пристрої зазнає періодичних навантажень, досліджують на резонанс. Наприклад, досліджують лопатки газових і парових турбін, відповідальні деталі літальних апаратів тощо.

Часто для зменшення коливань застосовують різні заспокійливі пристрої — демпфери. На мал. 2.16 зображено електровимірювальний прилад електромагнітної системи.

20058.jpg

Якщо ввімкнути прилад, стрілка під дією пружини / здійснить коливання. Щоб вони швидше затухали, використовують демпфер 2 у вигляді коробочки, в якій рухається пластинка, зв'язана з віссю стрілки. Рух цієї пластинки збільшує опір повітря у системі, і коливання швидко затухають.

Отже, вимушені коливання відбуваються під дією заданих зовнішніх періодичних сил, які діють незалежно від коливань у системі. Характер процесу визначається не лише властивостями системи, а й істотно залежить від частоти зміни зовнішньої сили. Енергія коливань надається джерелом, шо створює зовнішню силу.

ЗАПИТАННЯ
1. В яких точках траєкторії тіло, що коливається, має лише потенціальну енергію?
2. В які моменти руху тіло, що коливається, має лише кінетичну енергію?
3. Як визначають потенціальну енергію тіла, що коливається? Яке максимальне значення може мати ця енергія?
4. Яке максимальне значення кінетичної енергії може мати тіло, що коливається? Яке у цьому разі значення швидкості тіла?
5. Яку повну механічну енергію має тіло, що коливається, у будь-якій точці траєкторії?
6.  За яких умов спостерігається резонанс?
7.  Наведіть приклади корисного використання резонансу.
8. У яких випадках необхідно запобігати резонансу?


Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, В.Ф. Савченко, Фізика, 11 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  


Скачати підручники та книги онлайн, планування з фізики, курси та завдання з фізики для 11 класу


Зміст уроку
1236084776 kr.jpg конспект уроку і опорний каркас                      
1236084776 kr.jpg презентація уроку 
1236084776 kr.jpg акселеративні методи та інтерактивні технології
1236084776 kr.jpg закриті вправи (тільки для використання вчителями)
1236084776 kr.jpg оцінювання 

Практика
1236084776 kr.jpg задачі та вправи,самоперевірка 
1236084776 kr.jpg практикуми, лабораторні, кейси
1236084776 kr.jpg рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
1236084776 kr.jpg домашнє завдання 

Ілюстрації
1236084776 kr.jpg ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
1236084776 kr.jpg реферати
1236084776 kr.jpg фішки для допитливих
1236084776 kr.jpg шпаргалки
1236084776 kr.jpg гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
1236084776 kr.jpg зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
1236084776 kr.jpg підручники основні і допоміжні 
1236084776 kr.jpg тематичні свята, девізи 
1236084776 kr.jpg статті 
1236084776 kr.jpg національні особливості
1236084776 kr.jpg словник термінів                          
1236084776 kr.jpg інше 

Тільки для вчителів
1236084776 kr.jpg ідеальні уроки 
1236084776 kr.jpg календарний план на рік 
1236084776 kr.jpg методичні рекомендації 
1236084776 kr.jpg програми
1236084776 kr.jpg обговорення


Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.