Зарядив конденсатор от источника постоянного тока, присоединим его к катушке, обладающей большим сопротивлением. На экране осциллографа мы заметим быстро исчезающую осциллограмму затухающих колебаний. Перебрасывая переключатель вправо и влево, можно наблюдать несколько следующих одна за другой осциллограмм.
Увеличивая с помощью реостата сопротивление контура, мы убеждаемся в том, что быстрота затухания тем больше, чем больше сопротивление контура.
Затухание колебаний происходит потому, что часть сообщенной системе энергии расходуется на преодоление сопротивления и необратимо превращается во внутреннюю энергию, которая рассеивается в окружающее пространство.
Затухающие колебания не являются гармоническими, и к ним поэтому понятие амплитуды, строго говоря, неприменимо. Все же этот термин применяют и к затухающим колебаниям, понимая в этом случае под амплитудами наибольшие значения, которых достигает соответствующая величина (смещение, скорость, ускорение, заряд, ток и т.п.) в течение одного колебания.
Неприменимо к затухающим колебаниям и понятие периода, так как эти колебания, строго говоря, не являются периодическими. Ведь периодическим называется явление, в котором через одинаковые промежутки времени состояние системы повторяется. Но в случае затухающих колебаний состояние колебательной системы не повторяется: амплитуда колебаний постепенно уменьшается.
В колебательных системах с жидким трением колебания при очень большом трении не возникают: система, выведенная из положения равновесия, совершает непериодическое, или, как принято говорить, апериодическое, движение (рис. 6). Апериодический процесс удобно наблюдать на маятнике, опущенном в вязкую жидкость, а так же в колебательном контуре с очень большим сопротивлением.
Краткие выводы
1 Свободные колебания возникают в колебательной системе, не подверженной действию внешних периодических сил, в результате отклонения от состояния устойчивого равновесия.
2 Свободные колебания, возникающие в идеальных колебательных системах, в которых нет трения и необратимых преобразований энергии, являются гармоническими, т.е. синусоидальными.
3 Гармоническое колебательное движение характеризуется тремя постоянными величинами: частотой (периодом), амплитудой и начальной фазой.
4 Частота свободных колебаний зависит от параметров колебательной системы, амплитуда – от сообщенной колебательной системе энергии, а начальная фаза – от выбора момента отсчета времени.
5 Для свободных колебаний различной природы характерны единые законы. Об этом дает представление таблица 1.
Таблица 1
|
Колебания в поле тяготения |
Упругие колебания |
Электрические колебания |
|
|
|
|
6 Колебания в системах с трением (сопротивлением) затухают и не являются гармоническими. Быстрота затухания колебаний зависит от сопротивления (трения) колебательной системы.
В изолированной колебательной системе возникшие колебания всегда затухают. Это происходит потому, что из-за трения (сопротивления) часть сообщённой колебательной системе энергии необратимо превращается во внутреннюю энергию. Если бы удалось каким-либо способом восполнять убыль энергии в колебательной системе, обусловленную трением, мы смогли бы получить в ней незатухающие колебания. Рассмотрим, как можно восполнять убыль энергии в колебательной системе.
Предварительные сведения об автоколебаниях
1 Автоколебательные системы. Очевидно, что для восполнения убыли энергии в колебательной системе необходимо иметь источник энергии, за счет которого пополнялась бы энергия колебательной системы. Важно выполнить при этом два условия:
1) энергия, поступающая от источника в колебательную систему за период, должна быть точно равна энергии, которая за это время необратимо превращается в другие виды энергии;
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
