الاهتزازات الطبيعية هي عمليات تتميز بإمكانية تكرار معينة. على سبيل المثال ، يتضمن ذلك حركة بندول الساعة ، ووتار الجيتار ، وأرجل الشوكة الرنانة ، ونشاط القلب.
الاهتزازات الميكانيكية
مع مراعاة الطبيعة الفيزيائية ، يمكن أن تكون التذبذبات الطبيعية ميكانيكية وكهرومغناطيسية وكهروميكانيكية. دعنا نلقي نظرة فاحصة على العملية الأولى. تحدث الاهتزازات الطبيعية في الحالات التي لا يوجد فيها احتكاك إضافي ، ولا قوى خارجية. تتميز هذه الحركات بالاعتماد على التردد فقط على خصائص النظام المعطى
عمليات توافقية
هذه التذبذبات الطبيعية تدل على تغيير في الكمية المتذبذبة وفقًا لقانون جيب التمام. دعونا نحلل أبسط شكل من أشكال النظام التذبذب ، الذي يتكون من كرة معلقة بنابض.
في هذه الحالة ، توازن الجاذبية مرونة الزنبرك. وفقًا لقانون هوك ، هناك علاقة مباشرة بين امتداده للزنبرك والقوة المؤثرة على الجسم.
خصائص القوة المرنة
ترتبط التذبذبات الكهرومغناطيسية الخاصة في الدائرة بحجم التأثير على النظام. القوة المرنة ، التي تتناسب مع إزاحة الكرة من وضع التوازن ، موجهة نحو حالة التوازن. يمكن وصف حركة الكرة تحت تأثيرها بقانون جيب التمام.
سيتم تحديد فترة التذبذب الطبيعي رياضيا.
في حالة البندول الربيعي ، يتم الكشف عن الاعتماد على صلابته ، وكذلك على كتلة الحمل. يمكن حساب فترة التذبذبات الطبيعية في هذه الحالة بالصيغة
الطاقة عند التذبذب التوافقي
القيمة ثابتة في حالة عدم وجود قوة احتكاك.
عندما تحدث الحركة التذبذبية ، يحدث تحول دوري للطاقة الحركية إلى قيمة محتملة.
التذبذبات
يمكن أن تحدث التذبذبات الكهرومغناطيسية الخاصة عندما لا يتأثر النظام بالقوى الخارجية. يساهم الاحتكاك في تخميد التذبذبات ، ويلاحظ انخفاض في اتساعها.
إن تواتر التذبذبات الطبيعية في الدائرة التذبذبية مرتبط بخصائص النظام ، وكذلك بكثافة الخسائر.
مع زيادة معامل التوهين ، لوحظ زيادة في فترة الحركة التذبذبية.
نسبة الاتساع التي تفصل بينها فترة تساوي فترة واحدة ثابتةقيمة طوال العملية. هذه النسبة تسمى تناقص التخميد.
الاهتزازات الطبيعية في الدائرة التذبذبية موصوفة بقانون الجيب (جيب التمام).
فترة التذبذب هي كمية خيالية. الحركة غير دورية. النظام ، الذي تمت إزالته من وضع التوازن دون اهتزازات إضافية ، يعود إلى حالته الأصلية. يتم تحديد طريقة إحضار النظام إلى حالة التوازن من خلال شروطه الأولية.
الرنين
فترة التذبذبات الطبيعية للدائرة يحددها القانون التوافقي. تظهر التذبذبات القسرية في النظام تحت تأثير قوة متغيرة بشكل دوري. عند تجميع معادلة الحركة ، يؤخذ في الاعتبار أنه بالإضافة إلى تأثير التأثير ، هناك أيضًا مثل هذه القوى التي تعمل أثناء الاهتزازات الحرة: مقاومة الوسط ، القوة شبه المرنة.
الرنين هو زيادة حادة في سعة الاهتزازات القسرية عندما يميل تردد القوة الدافعة إلى التردد الطبيعي للجسم. تسمى كل الاهتزازات التي تحدث في هذه الحالة بالرنين.
للكشف عن العلاقة بين السعة والقوة الخارجية للتذبذبات القسرية ، يمكنك استخدام الإعداد التجريبي. عندما يدور مقبض الكرنك ببطء ، يتحرك الحمل على الزنبرك لأعلى ولأسفل بشكل مشابه لنقطة تعليقها.
يمكن حساب التذبذبات الكهرومغناطيسية الخاصة في الدائرة التذبذبية وغيرها من المعلمات الفيزيائيةالنظام
في حالة الدوران الأسرع ، تزداد التذبذبات ، وعندما يكون تردد الدوران مساويًا للتردد الطبيعي ، يتم الوصول إلى قيمة السعة القصوى. مع زيادة لاحقة في وتيرة الدوران ، تنخفض سعة التذبذبات القسرية للحمل الذي تم تحليله مرة أخرى.
خاصية الرنين
بحركة طفيفة للمقبض ، لا يغير الحمل تقريبًا موضعه. والسبب هو القصور الذاتي للبندول الزنبركي ، والذي لا يواكب القوة الخارجية ، لذلك يتم ملاحظة "عدم استقرار في المكان" فقط.
سيتوافق التردد الطبيعي للتذبذبات في الدائرة مع زيادة حادة في سعة تردد الإجراء الخارجي.
الرسم البياني لهذه الظاهرة يسمى منحنى الرنين. يمكن أيضًا اعتباره بندول خيطي. إذا قمت بتعليق كرة ضخمة على السكة ، وكذلك عدد من البندولات الخفيفة ذات أطوال خيوط مختلفة.
لكل بندول تردد تذبذب خاص به ، والذي يمكن تحديده بناءً على تسارع السقوط الحر ، طول الخيط.
إذا تم إخراج الكرة من التوازن ، وترك البندول الخفيف بدون حركة ، ثم تركها ، فإن تأرجحاتها ستؤدي إلى الانحناء الدوري للقضيب. سيؤدي هذا إلى تأثير القوة المرنة المتغيرة بشكل دوري على البندولات الخفيفة ، مما يجعلها تؤدي إلى تذبذبات قسرية. تدريجيًا ، سيكون لكل منهم سعة متساوية ، والتي ستكون الرنين.
يمكن أيضًا رؤية هذه الظاهرة في المسرع ، الذي ترتبط قاعدتهموضوع مع محور البندول. في هذه الحالة ، سوف يتأرجح بأقصى سعة ، ثم تردد البندول "يسحب" الخيط يتوافق مع تردد التذبذبات الحرة.
يحدث الرنين عندما تعمل قوة خارجية ، تعمل في الوقت المناسب مع الاهتزازات الحرة ، بقيمة إيجابية. هذا يؤدي إلى زيادة في سعة الحركة التذبذبية.
إلى جانب التأثير الإيجابي ، غالبًا ما تؤدي ظاهرة الرنين وظيفة سلبية. على سبيل المثال ، إذا كان لسان الجرس يتأرجح ، فمن المهم أن يتم إنتاج الصوت بحيث يعمل الحبل في الوقت المناسب مع حركات اللسان المتذبذبة.
تطبيق الرنين
يعتمد تشغيل عداد تردد القصب على الرنين. الجهاز مقدم على شكل صفائح مرنة ذات أطوال مختلفة ومثبتة على قاعدة واحدة مشتركة.
في حالة ملامسة عداد التردد مع نظام تذبذب مطلوب لتحديد التردد ، فإن تلك اللوحة ، التي يكون ترددها مساويًا للتردد المقاس ، سوف تتأرجح مع السعة القصوى. بعد إدخال البلاتين في الرنين ، يمكنك حساب تردد النظام المتذبذب.
في القرن الثامن عشر ، بالقرب من مدينة أنجيه الفرنسية ، تحركت مفرزة من الجنود على طول جسر سلسلة يبلغ طوله 102 مترًا. اتخذ تردد خطواتهم قيمة مساوية لتكرار الاهتزازات الحرة للجسر ، مما تسبب في حدوث صدى. هذا تسبب في كسر السلاسل وانهيار الجسر المعلق.
في عام 1906 ، لنفس السبب ، تم تدمير الجسر المصري في سانت بطرسبرغ ، حيث تحرك سرب من الفرسان. لتجنب مثل هذه الظواهر غير السارة ، الآن مععبور الجسر الوحدات العسكرية تسير بخطى حرة
الظواهر الكهرومغناطيسية
هي تقلبات مترابطة في المجالات المغناطيسية والكهربائية.
تحدث التذبذبات الكهرومغناطيسية الخاصة في الدائرة عندما يتم إخراج النظام من التوازن ، على سبيل المثال ، عند نقل شحنة إلى مكثف ، وهو تغيير في المقدار الحالي في الدائرة.
تظهر التذبذبات الكهرومغناطيسية في دوائر كهربائية مختلفة. في هذه الحالة ، يتم تنفيذ الحركة التذبذبية بواسطة القوة الحالية ، والجهد ، والشحنة ، وقوة المجال الكهربائي ، والحث المغناطيسي ، والكميات الكهروديناميكية الأخرى.
يمكن اعتبارها بمثابة تذبذبات مبللة ، حيث أن الطاقة المنقولة إلى النظام تتحول إلى حرارة.
بما أن التذبذبات الكهرومغناطيسية القسرية هي العمليات في الدائرة ، والتي تنتج عن تغير دوري القوة الدافعة الجيبية الخارجية.
توصف هذه العمليات بنفس القوانين كما في حالة الاهتزازات الميكانيكية ، لكن لها طبيعة فيزيائية مختلفة تمامًا. الظواهر الكهربائية هي حالة خاصة من العمليات الكهرومغناطيسية مع الطاقة والجهد والتيار المتردد.
دائرة تذبذبية
هي دائرة كهربائية تتكون من مغو متصل في سلسلة ، مكثف بسعة معينة ، مقاومة مقاومة.
عندما تكون الدائرة التذبذبية في حالة توازن مستقر ، لا يوجد شحنة للمكثف ، ولا يتدفق تيار كهربائي عبر الملف.
من بين الميزات الرئيسيةتلاحظ التذبذبات الكهرومغناطيسية التردد الدوري ، وهو المشتق الثاني للشحنة فيما يتعلق بالوقت. مرحلة التذبذبات الكهرومغناطيسية هي كمية متناسقة ، موصوفة في قانون الجيب (جيب التمام).
يتم تحديد الفترة في الدائرة التذبذبية بواسطة صيغة طومسون ، وتعتمد على سعة المكثف ، وكذلك قيمة محاثة الملف مع التيار. يتغير التيار في الدائرة وفقًا لقانون الجيب ، لذا يمكنك تحديد انزياح الطور لموجة كهرومغناطيسية معينة.
التيار المتردد
في إطار يدور بسرعة زاوية ثابتة في مجال مغناطيسي موحد بقيمة معينة من الحث ، يتم تحديد EMF التوافقي. وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، يتم تحديدها من خلال التغيير في التدفق المغناطيسي ، وهي قيمة جيبية.
عندما يكون مصدر EMF خارجي متصلاً بالدائرة التذبذبية ، تحدث تذبذبات قسرية بداخلها ، تحدث بتردد دوري ώ ، يساوي قيمة تردد المصدر نفسه. إنها حركات غير مثبطة ، لأنه عندما يتم عمل شحنة ، يظهر فرق جهد ، وينشأ تيار في الدائرة ، وكميات فيزيائية أخرى. هذا يسبب تغيرات توافقية في الجهد ، التيار ، والتي تسمى الكميات الفيزيائية النابضة.
قيمة 50 هرتز تؤخذ على أنها التردد الصناعي للتيار المتردد. لحساب كمية الحرارة المنبعثة عند المرور عبر موصل تيار متناوب ، لا يتم استخدام قيم الطاقة القصوى ، حيث يتم الوصول إليها فقط في فترات زمنية معينة. لهذه الأغراض ، تطبيقمتوسط القدرة ، وهو نسبة كل الطاقة التي تمر عبر الدائرة خلال الفترة التي تم تحليلها ، إلى قيمتها.
تتوافق قيمة التيار المتردد مع الثابت ، الذي يطلق نفس كمية الحرارة خلال الفترة مثل تلك الخاصة بالتيار المتردد.
محول
هذا جهاز يزيد الجهد أو ينقصه دون فقد كبير للطاقة الكهربائية. يتكون هذا التصميم من عدة ألواح يتم فيها تثبيت ملفين بملفات سلكية. الأساسي متصل بمصدر جهد متناوب ، والثانوي متصل بالأجهزة التي تستهلك الطاقة الكهربائية. بالنسبة لمثل هذا الجهاز ، يتم تمييز نسبة التحويل. بالنسبة لمحول تصعيد ، فهو أقل من واحد ، وبالنسبة لمحول تصعيد ، فإنه يميل إلى 1.
الذبذبات التلقائية
تسمى هذه الأنظمة التي تنظم تلقائيًا إمداد الطاقة من مصدر خارجي. تعتبر العمليات التي تحدث فيها إجراءات دورية غير متذبذبة (ذاتية التذبذب). تتضمن هذه الأنظمة مولد أنبوب للتفاعلات الكهرومغناطيسية ، وجرس ، وساعة.
هناك أيضًا حالات تشارك فيها هيئات مختلفة في نفس الوقت في اهتزازات في اتجاهات مختلفة.
إذا قمت بجمع مثل هذه الحركات ذات الاتساع المتساوي ، يمكنك الحصول على تذبذب توافقي بسعة أكبر.
وفقًا لنظرية فورييه ، تعتبر مجموعة من الأنظمة التذبذبية البسيطة ، والتي يمكن أن تتحلل فيها عملية معقدة ، طيفًا متناسقًا. يشير إلى اتساع وترددات جميع التذبذبات البسيطة المضمنة فيمثل هذا النظام. في أغلب الأحيان ، ينعكس الطيف في شكل رسوم بيانية.
يتم تحديد الترددات على المحور الأفقي ، وتظهر اتساع هذه التذبذبات على طول المحور الإحداثي.
أي حركات تذبذبية: ميكانيكية ، كهرومغناطيسية ، تتميز بكميات فيزيائية معينة.
أولاً ، تتضمن هذه المعلمات السعة ، الدورة ، التردد. هناك تعبيرات رياضية لكل معلمة تسمح لك بإجراء العمليات الحسابية وحساب الخصائص المرغوبة كمياً.
