Колебательная система — урок. Физика, 11 класс.

Свободные (собственные) колебания — колебания под действием внутренних сил после выведения системы из состояния равновесия (груз на пружине, груз на нити).

В колебательную систему могут входить груз, пружина и вертикальная стойка, к которой прикреплён один из концов пружины. Такая система называется горизонтальный пружинный маятник. В результате взаимодействия тел, составляющих пружинный маятник, возникает сила (сила упругости), возвращающая груз к положению равновесия.

Колебательная система может состоять из шарика, нерастяжимой нити и Земли. Такую систему называют математическим маятником. Рассматриваются свободные колебания тела (шарика) под воздействием силы тяготения Земли и силы натяжения нити. Результирующая сила всегда направлена к положению равновесия.

moving-animated-clip-art-picture-of-pendulum-x-bpm-1.gif

Системы тел, которые способны совершать свободные колебания, называются колебательными системами.

Для существования свободных колебаний необходимо возникновение возвращающей силы, которая направлена к положению равновесия колебательной системы.

Существует несколько классификаций колебательных систем.

1) Классификация по сохранению полной энергии системы:

а) консервативные колебательные системы — системы, в которых запас механической или электромагнитной энергии, или той и другой в совокупности, в процессе совершения колебаний остаётся постоянным (например, математический маятник без затухания);

б) диссипативные колебательные системы — системы, в которых энергия упорядоченного движения (механическая, электромагнитная или другая) с течением времени убывает за счёт диссипации, то есть перехода в другие виды энергии, например в теплоту или излучение. В макромире все колебательные системы, не имеющие источника для пополнения внутренней энергии, являются диссипативными.

2) Классификация по типу колебательной системы:

а) механические колебательные системы;
б) электрические колебательные системы;
в) акустические колебательные системы;
г) оптические колебательные системы.

Колебательные системы нашли широкое применение в науке и технике, в быту, а также в сфере развлечений.

Пример:

маятник Фуко просто и доступно объясняет тот факт, что Земля вращается вокруг своей оси, а плоскость качания маятника остаётся постоянной.

Камертон применяется для точной настройки музыкальных инструментов.

Рессора — вид устройства, упругий элемент подвески транспортного средства, который передаёт нагрузку с рамы или кузова на ходовую часть (колёса, опорные катки гусеницы и т. д.) и смягчает удары и толчки при прохождении по неровностям пути.

В быту практически все машины и механизмы являются колебательными системами. Существуют стиральные машины, которые при помощи ультразвуковых колебаний «стирают» грязное белье.