Серед можливих механічних рухів навколо нас часто зустрічаються повторювані рухи. Будь-яке рівномірне обертання є повторюваним рухом: при кожному обороті всяка точка рівномірно обертового тіла проходить ті ж положення, що і при попередньому обороті, причому в такій же послідовності і з тими ж швидкостями. Якщо ми подивимося, як розгойдуються від вітру гілки і стовбури дерев, як гойдається на хвилях корабель, як ходить маятник годинника, як рухаються взад і вперед поршні і шатуни парової машини або дізеля, як скаче вгору і вниз голка швейної машини; якщо ми будемо спостерігати чергування морських припливів і відливів, перестановку ніг і розмахування руками при ходьбі і бігу, биття серця або пульсу, то у всіх цих рухах ми помітимо одну і ту ж межу - багаторазове повторення одного і того ж циклу рухів. В дійсності не завжди і не за всяких умов повторення зовсім однаково. В одних випадках кожен новий цикл дуже точно повторює попередній (качаня маятника, руху частин машини, що працює з постійною швидкістю), в інших випадках розходження між наступними один за одним циклами може бути помітним (Припливи і відливи, хитання гілок, руху частин машини при її пуску або зупинки). Відхилення від абсолютно точного повторення дуже часто настільки малі, що ними можна знехтувати і вважати рух повторюваним цілком точно, тобто вважати його періодичним. Періодичним називається повторюваний рух, у якого кожен цикл в точності відтворює будь інший цикл. Тривалість одного циклу називається періодом. Очевидно, період рівномірного обертання дорівнює тривалості одного обороту. Коливальні системи. Вільні коливання. В природі, і особливо в техніці, надзвичайно велику роль грають тіла і пристрої, які самі по собі здатні здійснювати періодичні руху. «Самі по собі» - це означає: не будучи змушені складати до цього дією періодичних зовнішніх сил. Такі коливання називають тому вільними коливаннями на відміну від вимушених, протекающих під дією періодично змінних зовнішніх сил. Якщо, наприклад, періодично штовхати двері і тягнути її назад, то вона буде відкриватися і закриватися, тобто буде здійснювати періодичний вимушений рух. Але сама по собі вона не може рухатися періодично: якщо двері штовхнути і надати самій собі, то рух не буде повторюваним. Інша річ, якщо штовхнути або відхилити від вертикалі висить на мотузці вантаж. Він почне гойдатися, тобто буде сам по собі здійснювати періодичний рух. Це і будуть вільні коливання. Подібно до цього в результаті первісного поштовху буде Рис. 1. Приклади вільних коливань періодично коливатися вода у склянці, вантаж, підвішений на пружині, вагон або автомобіль на своїх ресорах, гойдалки, затиснута одним кінцем металева пластинка, натягнута струна, стрілка компаса і т. д. (рис. 1). Всі такі тіла або сукупності тіл, які самі по собі можуть здійснювати періодичні руху, або коливання, називаються коливальними системами. Як сказано, коливання, що відбуваються в цих системах без дії зовнішніх сил, є вільними. З коливальними системами доводиться мати справу не тільки в різних машинах і механізмах (зокрема, годинникових механізмах). Ми побачимо далі, що коливальними системами є більшість джерел звуку, що поширення звуку в повітрі можливе лише тому, що саме повітря являє собою свого роду коливальну систему. Більш того, крім механічних коливальних систем, існують електромагнітні коливальні системи, в яких можуть вчинятися електричні коливання, що становлять основу всієї радіо-техніки. Нарешті, є дуже багато змішаних - електромеханічних - коливальних систем, використовуваних в самих різних технічних областях. Ми почнемо наше виклад з вивчення однієї з найпростіших механічних коливальних систем - маятника. |
Теоретичний матеріал >
