Вынужденные колебания. Резонанс.

Колебания бывают свободные и вынужденные. Свободными называются колебания, происходящие за счет внутренней энергии системы. В жизни такие процессы всегда затухающие. Если же колебания происходят за счет внешних сил, то их называют вынужденными.

Понятие вынужденные колебания

Вынужденные колебания — это колебания проистекающие за счет воздействия внешней периодически повторяющейся силы.

При вынужденных колебаниях отсутствует затухание. Уменьшение энергии компенсируется работой вынуждающей силы. Колебание непрерывно и равномерно во времени. Частота таких колебаний определяется, частотой изменения вынуждающей силы.

Вообразим себе стол, на котором закреплен электрический мотор. При подаче электричества, мотор начнет работать и совершать колебания. Эти колебания передадутся столу, и он тоже будет колебаться с тоже частотой, что и мотор.  В данном случае, стол это тело, совершающее вынужденные колебания, а колебательные движения мотора – вынуждающая сила.

 Автоколебания

Несколько похожим видом колебаний являются автоколебания. Например, движение маятника часов. С одной стороны, это происходит под воздействием внешней силы. Но так часы имеют запас механической энергии и их частота определяется внутренними свойствами системы. Такие процессы называются автоколебаниями.

Резонанс

Явление, при котором наблюдается наивысшее значение амплитуды, при определенной частоте вынуждающей силы, называется резонансом.

Суть этого явления в том, что при воздействии на объект, на «резонансной частоте», действие этой силы во много раз увеличивается.

Например, если ударить карандашом по хрустальному бокалу, то стенки бокала начнут колебаться, и он начнет звенеть. Этот звон имеет свою частоту. Соответственно, если воздействовать на бокал на той же частоте извне, бокал начнет резонировать. При достаточно громком звуке и хрупком бокале можно даже разбить хрусталь.

Вынужденные колебания и резонансДругой пример, обычные качели. Если совершать определенные движения телом, то амплитуда качелей будет увеличиваться.

В идеале качели можно представит как математический маятник. Поэтому, с определенной точностью можно найти резонансную частоту. Она выражается следующей формулой:

formula_rezonansa

 

Где:

g – Ускорение свободного падения.

L – Длина нити.