هناك أنواع مختلفة من التذبذبات في الفيزياء ، تتميز بمعلمات معينة. النظر في الاختلافات الرئيسية ، التصنيف وفقا لعوامل مختلفة.
التعريفات الأساسية
يقصد تحت التذبذب عملية تكون فيها الخصائص الرئيسية للحركة على فترات منتظمة لها نفس القيم.
التذبذبات الدورية هي تلك التي تتكرر فيها قيم الكميات الأساسية على فترات منتظمة (فترة التذبذب).
مجموعة متنوعة من العمليات التذبذبية
دعونا ننظر في الأنواع الرئيسية للتذبذبات الموجودة في الفيزياء الأساسية.
الاهتزازات الحرة هي تلك التي تحدث في نظام لا يتعرض لتأثيرات متغيرة خارجية بعد الصدمة الأولية.
مثال على التذبذب الحر هو البندول الرياضي.
تلك الأنواع من الاهتزازات الميكانيكية التي تحدث في النظام تحت تأثير قوة متغيرة خارجية.
ميزات التصنيف
بحكم الطبيعة الفيزيائية ، يتم تمييز الأنواع التالية من الحركات التذبذبية:
- ميكانيكي
- حراري
- كهرومغناطيسي ؛
- مختلط
حسب خيار التفاعل مع البيئة
أنواع التقلبات في التفاعل مع البيئة مقسمة إلى عدة مجموعات
تظهر التذبذبات القسرية في النظام تحت تأثير إجراء دوري خارجي. كأمثلة على هذا النوع من التذبذب ، يمكننا النظر في حركة اليدين والأوراق على الأشجار.
للتذبذبات التوافقية القسرية ، قد يظهر صدى ، حيث ، مع قيم متساوية لتكرار التأثير الخارجي والمذبذب ، مع زيادة حادة في السعة.
الاهتزازات الخاصة في النظام تحت تأثير القوى الداخلية بعد إخراجها من التوازن. أبسط نسخة من الاهتزازات الحرة هي حركة حمولة معلقة على خيط أو متصلة بنابض.
التذبذبات الذاتية هي أنواع يكون للنظام فيها كمية معينة من الطاقة الكامنة المستخدمة لعمل التذبذبات. السمة المميزة لها هي حقيقة أن السعة تتميز بخصائص النظام نفسه ، وليس بالشروط الأولية.
للتقلبات العشوائية ، يكون للحمل الخارجي قيمة عشوائية.
المعلمات الأساسية للحركات التذبذبية
جميع أوضاع الاهتزاز لها خصائص معينة يجب ذكرها بشكل منفصل.
السعة هي أقصى انحراف عن موضع التوازن ، وهو الانحراف عن قيمة متقلبة ، ويقاس بالأمتار.
الدورة هي وقت التأرجح الكاملالذي يكرر خصائص النظام ويحسب بالثواني
يتم تحديد التردد من خلال عدد التذبذبات لكل وحدة زمنية ، وهو يتناسب عكسياً مع فترة التذبذب.
مرحلة التذبذب تميز حالة النظام
خاصية التذبذب التوافقي
تحدث هذه الأنواع من التذبذبات وفقًا لقانون جيب التمام أو الجيب. نجح فورييه في إثبات أن أي تذبذب دوري يمكن تمثيله كمجموع من التغييرات التوافقية من خلال توسيع وظيفة معينة إلى سلسلة فورييه.
كمثال ، ضع في اعتبارك بندول ذو فترة معينة وتردد دوري.
ما الذي يميز هذه الأنواع من التقلبات؟ تعتبر الفيزياء البندول الرياضي نظامًا مثاليًا ، يتكون من نقطة مادية معلقة على خيط عديم الوزن غير قابل للتمدد ، وتتأرجح تحت تأثير الجاذبية.
مثل هذه الأنواع من الاهتزازات لديها قدر معين من الطاقة ، فهي شائعة في الطبيعة والتكنولوجيا.
مع الحركة التذبذبية المطولة ، يتغير تنسيق مركز كتلتها ، ومع التيار المتردد ، تتغير قيمة التيار والجهد في الدائرة.
هناك أنواع مختلفة من التذبذبات التوافقية حسب الطبيعة الفيزيائية: كهرومغناطيسي ، ميكانيكي ، إلخ.
اهتزاز السيارة التي تتحرك على طريق وعر بمثابة تذبذب قسري.
الاختلافات الرئيسية بين القسري والحرتقلبات
تختلف هذه الأنواع من التذبذبات الكهرومغناطيسية في الخصائص الفيزيائية. يؤدي وجود مقاومة متوسطة وقوى احتكاك إلى تثبيط الاهتزازات الحرة. في حالة التذبذبات القسرية ، يتم تعويض خسائر الطاقة من خلال إمدادها الإضافي من مصدر خارجي.
ترتبط فترة البندول الربيعي بكتلة الجسم وصلابة الربيع. في حالة البندول الرياضي يعتمد على طول الخيط
مع فترة معروفة ، يمكنك حساب التردد الطبيعي للنظام التذبذب.
في التكنولوجيا والطبيعة ، هناك تقلبات ذات قيم تردد مختلفة. على سبيل المثال ، يبلغ تردد البندول الذي يتأرجح في كاتدرائية القديس إسحاق في سانت بطرسبرغ 0.05 هرتز ، بينما يبلغ تردده عدة ملايين ميغا هرتز بالنسبة للذرات.
بعد فترة زمنية معينة ، لوحظ تخميد التذبذبات الحرة. هذا هو السبب في استخدام التذبذبات القسرية في الممارسة الحقيقية. هم مطلوبون في مجموعة متنوعة من آلات الاهتزاز. المطرقة الاهتزازية عبارة عن آلة اهتزازية مصممة لدفع الأنابيب والأكوام والهياكل المعدنية الأخرى إلى الأرض.
الذبذبات الكهرومغناطيسية
يتضمن توصيف أنماط التذبذب تحليل المعلمات الفيزيائية الرئيسية: الشحنة ، والجهد ، والقوة الحالية. كنظام أولي يستخدم لمراقبة التذبذبات الكهرومغناطيسية ، هو دائرة متذبذبة. يتكون عن طريق توصيل ملف ومكثف على التوالي.
عندما تكون الدائرة مغلقة ، كهرومغناطيسية حرةالتقلبات المرتبطة بالتغيرات الدورية في الشحنة الكهربائية على المكثف والتيار في الملف.
إنها مجانية نظرًا لحقيقة أنه عند إجرائها لا يوجد تأثير خارجي ، ولكن يتم استخدام الطاقة المخزنة في الدائرة نفسها فقط.
إذا اعتبرنا مقاومة الملف صفراً ، وأخذنا فترة التذبذب كـ T ، فيمكننا اعتبار تذبذب واحد كامل بواسطة النظام.
في حالة عدم وجود تأثير خارجي ، بعد فترة زمنية معينة ، لوحظ تخميد التذبذب الكهرومغناطيسي. سيكون سبب هذه الظاهرة هو التفريغ التدريجي للمكثف ، وكذلك المقاومة التي يمتلكها الملف بالفعل.
لهذا السبب تحدث التذبذبات الخافتة في دائرة حقيقية. يؤدي تقليل شحنة المكثف إلى انخفاض في قيمة الطاقة مقارنة بقيمتها الأصلية. تدريجيًا ، سيتم إطلاقه كحرارة على الأسلاك والملف الموصلين ، وسيتم تفريغ المكثف تمامًا ، وسيكتمل التذبذب الكهرومغناطيسي.
اهمية التقلبات في العلم والتكنولوجيا
أي حركات لها درجة معينة من التكرار هي اهتزازات. على سبيل المثال ، البندول الرياضي يتميز بانحراف منهجي في كلا الاتجاهين عن الوضع الرأسي الأصلي.
بالنسبة للبندول الربيعي ، فإن التأرجح الكامل يتوافق مع حركته لأعلى ولأسفل من الموضع الأولي.
في الدائرة الكهربائية ذات السعة والتحريض ، يوجد تكرار للشحنةلوحات مكثف. ما سبب الحركات التذبذبية؟ يعمل البندول بسبب حقيقة أن الجاذبية تجعله يعود إلى موضعه الأصلي. في حالة النموذج الزنبركي ، يتم تنفيذ وظيفة مماثلة بواسطة القوة المرنة للنابض. اجتياز موضع التوازن ، يكون للحمل سرعة معينة ، وبالتالي ، من خلال القصور الذاتي ، فإنه يتحرك إلى ما بعد الحالة المتوسطة.
يمكن تفسير التذبذبات الكهربائية بفرق الجهد الموجود بين ألواح المكثف المشحون. حتى عند تفريغها بالكامل لا يختفي التيار بل يعاد شحنها
تستخدم التكنولوجيا الحديثة تقلبات تختلف اختلافًا كبيرًا في طبيعتها ، ودرجة التكرار ، والطبيعة ، وكذلك "آلية" المظهر.
الاهتزازات الميكانيكية تحدث بواسطة أوتار من الآلات الموسيقية ، أمواج البحر ، بندول. تؤخذ التقلبات الكيميائية المرتبطة بالتغيير في تركيز المواد المتفاعلة في الاعتبار عند إجراء تفاعلات مختلفة.
الذبذبات الكهرومغناطيسية تسمح بإنشاء العديد من الأجهزة التقنية ، مثل الهواتف والأجهزة الطبية بالموجات فوق الصوتية.
تقلبات سطوع Cepheids ذات أهمية خاصة في الفيزياء الفلكية ، ويقوم علماء من مختلف البلدان بدراستها.
الخلاصة
ترتبط جميع أنواع التذبذبات ارتباطًا وثيقًا بعدد كبير من العمليات الفنية والظواهر الفيزيائية. أهميتها العملية كبيرة في صناعة الطائرات ، وبناء السفن ، وبناء المجمعات السكنية ، والهندسة الكهربائية ، والإلكترونيات اللاسلكية ، والطب ، والعلوم الأساسية. مثال على عملية تذبذبية نموذجية فيعلم وظائف الأعضاء يفضل حركة عضلة القلب. توجد الاهتزازات الميكانيكية في الكيمياء العضوية وغير العضوية والأرصاد الجوية والعديد من العلوم الطبيعية الأخرى.
تم إجراء الدراسات الأولى للبندول الرياضي في القرن السابع عشر ، وبحلول نهاية القرن التاسع عشر ، تمكن العلماء من تحديد طبيعة التذبذبات الكهرومغناطيسية. أجرى العالم الروسي ألكسندر بوبوف ، الذي يُعتبر "أب" الاتصالات الراديوية ، تجاربه على وجه التحديد على أساس نظرية التذبذبات الكهرومغناطيسية ، ونتائج أبحاث طومسون وهيجنز ورايلي. تمكن من إيجاد تطبيق عملي للتذبذبات الكهرومغناطيسية ، لاستخدامها في إرسال إشارة لاسلكية عبر مسافة طويلة.
أجرى الأكاديمي P. N. Lebedev لسنوات عديدة تجارب تتعلق بإنتاج التذبذبات الكهرومغناطيسية عالية التردد باستخدام المجالات الكهربائية المتناوبة. بفضل التجارب العديدة المتعلقة بأنواع مختلفة من الاهتزازات ، تمكن العلماء من إيجاد مجالات لاستخدامها الأمثل في العلوم والتكنولوجيا الحديثة.
