Колебания и периодические движения в физике

Колебание относится к повторяющемуся движению чего-то между двумя положениями или состояниями. Колебание может быть периодическим движением, которое повторяется в регулярном цикле, таком как синусоидальная волна- волна с постоянным движением, как при качании маятника из стороны в сторону, или движение пружины вверх и вниз с грузом. Колебательное движение происходит вокруг точки равновесия или среднего значения. Это также известно как периодическое движение.

Одно колебание - это полное движение, вверх или вниз или из стороны в сторону, за определенный период времени.

Осциллятор - это устройство, которое демонстрирует движение вокруг точки равновесия. В маятниковых часах происходит переход от потенциальной энергии к кинетическая энергия с каждым ударом. На вершине колебания потенциальная энергия максимальна, и эта энергия преобразуется в кинетическую энергию при падении и направляется обратно на другую сторону. Теперь снова наверху, кинетическая энергия упала до нуля, и потенциальная энергия снова высока, приводя в движение обратный ход. Частота качания переводится через шестерни, чтобы отметить время. Маятник со временем будет терять энергию из-за трения, если пружина не исправит часы. Современные часы используют колебания кварцевых и электронных генераторов, а не движение маятников.

Колебательное движение в механической системе качается из стороны в сторону. Он может быть переведен во вращательное движение (вращаясь по кругу) с помощью колышка и прорези. Вращательное движение может быть изменено на колебательное движение тем же методом.

Колеблющаяся система - это объект, который движется взад и вперед, многократно возвращаясь в свое первоначальное состояние через определенный промежуток времени. В точке равновесия никакие чистые силы не действуют на объект. Это точка качания маятника, когда он находится в вертикальном положении. Постоянная сила или восстанавливающая сила действует на объект, чтобы вызвать колебательное движение.

• амплитудное максимальное смещение от точки равновесия. Если маятник качается на один сантиметр от точки равновесия до начала обратного хода, амплитуда колебаний составляет один сантиметр.
• период это время, которое требуется для полного обхода объекта, возвращающегося в исходное положение. Если маятник начинается справа и занимает одну секунду, чтобы пройти весь путь влево, и еще одну секунду, чтобы вернуться вправо, его период составляет две секунды. Период обычно измеряется в секундах.
• частота количество циклов в единицу времени частота равен одному, деленному на период. Частота измеряется в герцах или циклах в секунду.

Движение простой гармонической колебательной системы - когда восстанавливающая сила прямо пропорциональна силе смещение и действует в направлении, противоположном направлению смещения - можно описать с помощью синуса и косинуса функции. Примером является вес, прикрепленный к пружине. Когда вес в состоянии покоя, он находится в равновесии. Если вес снижается, на массу действует чистая восстанавливающая сила (потенциальная энергия). Когда это выпущено, это получает импульс (кинетическая энергия) и продолжает двигаться вне точки равновесия, получая потенциальную энергию (восстанавливающую силу), которая заставит это колебаться вниз снова.

• Фицпатрик, Ричард. «Колебания и волны: введение», 2-е изд. Бока-Ратон: CRC Press, 2019.
• Миттал, П.К. «Колебания, волны и акустика». Нью-Дели, Индия: И.К. Международный издательский дом, 2010.