Caracteristică generală a oscilațiilor

Procesele ritmice de orice natură, caracterizate printr-o recurență în timp, se numesc oscilații.

Oscilația este un proces caracterizat prin recurența în timp a parametrilor care o descriu. Unitatea dintre regularitățile proceselor ritmice a făcut posibilă dezvoltarea unui aparat matematic unificat pentru descrierea lor - teoria oscilațiilor. Există multe semne că oscilațiile pot fi clasificate.

Natura fizică a sistemului oscilant distinge între oscilațiile mecanice și electromagnetice.

Oscilațiile sunt numite periodic dacă cantitatea care caracterizează starea sistemului este repetată la intervale regulate - perioada de oscilație.

Perioada (T) este timpul minim prin care se repetă starea sistemului oscilator, adică timpul unui singur leagăn complet.

Pentru astfel de oscilații

Frecvențele periodice ale pendulului ceasului, curentul alternativ, bătăile inimii și fluctuațiile copacilor sub razele vântului, ratele de schimb valutar nu sunt periodice.

În plus față de perioadă, în cazul oscilațiilor periodice, frecvența acestora este determinată.

Frecventa () adica. numărul de oscilații pe unitate de timp.

Frecventa este inversa perioadei de oscilatie,

Unitatea de măsură a frecvenței este Hertz: 1 Hz = 1 s -1. frecvența corespunzătoare unei singure oscilații pe secundă. La descrierea oscilațiilor periodice se utilizează și o frecvență ciclică - numărul de oscilații în 2 secunde:

Cu oscilații periodice, acești parametri sunt constanți, în timp ce pentru alte oscilații pot varia.

Legea oscilațiilor - dependența cantității oscilante de timpul x (t) - poate fi diferită. Cele mai multe sunt de mișcare simplă armonică (ris3.1), pentru care valoarea fluctuant variază în funcție sinus sau cosinus care vă permite să utilizați o singură funcție pentru a descrie procesul în timp:

Aici: x (t) este valoarea cantității oscilante la un moment dat t. A - amplitudinea - cea mai mare deviere a cantității oscilante de la valoarea medie. # 969; - frecvența ciclică, (# 969; t + # 966;) - faza de oscilație. # 966; - faza inițială.

Multe procese oscilante cunoscute respectă legea armonică. în t.ch. menționate mai sus, dar cel mai important, cu ajutorul metodei Fourier, orice funcție periodică care se descompune în componente armonice (armonice) cu frecvențe multiple:

Aici frecvența fundamentală este determinată de perioada procesului :.

Fiecare armonică este caracterizată de frecvența () și amplitudinea (A). Setul de armonici se numește spectru. Spectrele oscilațiilor periodice sunt discrete (rulate) (fig.3.1a), și nu cele periodice (figura 3.1b).

Fig. 3.1 Spectrele discrete (a) și continuu (b) ale vibrațiilor complexe

Sistemul oscilator are o anumită energie, datorită căreia se produc oscilații. Energia depinde de amplitudinea și frecvența oscilațiilor.

Oscilațiile sunt împărțite în următoarele tipuri: libere sau proprii, decolorare, forțare, auto-oscilație.

Oscilațiile libere se fac într-un sistem care, odată dedus din poziția de echilibru, este oferit în continuare. În acest caz, oscilațiile apar cu o frecvență eigen (), care este independentă de amplitudinea lor, adică este determinată de proprietățile sistemului în sine.

În condiții reale, oscilațiile sunt întotdeauna amortizate. și anume cu timpul, energia scade din cauza disipării sale și, în consecință, amplitudinea oscilațiilor scade. Disiparea este tranziția ireversibilă a unei părți a energiei proceselor ordonate ("energia ordinii") în energia proceselor dezordonate ("energia haosului"). Disiparea are loc în orice sistem deschis oscilant.

Pentru a crea oscilații neîntrerupte în sistemele reale, este necesară o acțiune externă periodică - o reaprovizionare periodică a energiei pierdute prin disipare. Variațiile armonice care apar datorită acțiunii periodice externe ("forța") sunt numite oscilații forțate. Frecvența lor coincide cu frecvența forței motrice (), iar amplitudinea se dovedește a fi dependentă de relația dintre frecvența forței și frecvența naturală a sistemului. Cel mai important efect se realizează sub oscilații forțate, rezonanță este - o creștere bruscă a amplitudinii atunci când frecvența de vibrație forțată la frecvența naturală a sistemului de vibrație. Frecvența de rezonanță este mai apropiată de cea proprie, iar maximul amplitudinii este mai mare, cu atât mai puțin este disiparea.

Auto-oscilațiile sunt oscilații neconfirmate care apar datorită unei surse de energie, a cărei formă și funcționare este determinată de sistemul oscilant însuși. În auto-oscilații, principalele caracteristici - amplitudinea, frecvența - sunt determinate de sistemul însuși. Aceasta distinge aceste oscilații de ambele forțe forțate, în care acești parametri depind de acțiunea externă și pe cont propriu, pentru care acțiunea externă determină amplitudinea oscilației. Cel mai simplu sistem de auto-oscilant include:

sistem oscilator (cu atenuare),

amplificator de oscilație (sursă de energie)

limitator neliniar (supapă),

link-ul de feedback

Atunci când auto-oscilații pentru stabilirea importantă neliniarității lor de gestionare a veniturilor și a cheltuielilor sursă de energie, și permite să se stabilească o anumită amplitudine de oscilație. Exemple de sisteme de auto oscilante sunt: ​​mecanic - pendul ceas, termodinamică - motor termic, electromagnetic - tub oscilator cu vid, optice - cu laser (generator cuantic optic). Circuitul laser este prezentat în Fig.4.5. Există sistem oscilatoriu - mediu optic activ se umple cavitatea optică are o sursă de energie externă asigură un proces de „pompare“, supapa si feedback - oglinda semitransparentă la ieșirea neliniaritate rezonatorului optic este definită prin termenii emisie stimulată.

In toate sistemele de auto oscilante, feedback-ul controlează comutator și o sursă externă în sistemul de livrare a energiei de vibrație: în timp, se produce auto-excitare energia de intrare (input) pierderi mai mari (acumulare), fluctuații ale sistemului sunt îmbunătățite; Când pierderea de energie devine egală cu aportul său, supapa se închide. Sistemul oscilează într-un mod staționar cu o amplitudine constantă; Cu creșterea pierderii, amplitudinea scade, iar supapa se deschide din nou, contribuția crește, amplitudinea este restabilită, supapa se închide.

Articole similare

• Tipuri de oscilație

• Descrierea generală a diplomației și a organismelor diplomatice din secolele xvi-xvi

• Caracteristicile generale ale sindroamelor de registru patopsychologic

Trimiteți-le prietenilor: