Вынужденные колебания возникают под воздействием внешней силы. В результате колебания в них будут незатухающими.
Автоколебательные системы
Существуют колебательные системы, в которых вынужденные колебания возникают не за счет воздействия внешней силы, а в результате того, что такие системы способны регулировать поступление энергии от постоянного источника. В таких системах частота и амплитуда длительное время могут оставаться постоянными. Такие системы назвали автоколебательными (механические часы с гирями и маятником). Незатухающие колебания в таких системах названы автоколебаниями.
Автоколебания могут иметь разную природу: тепловую, механическую, химическую, электромагнитную.
В окружающей нас жизни и технике очень широко распространены примеры автоколебательных систем. Примеры автоколебаний в природе и технике:
- Под воздействием ветра начинает колебаться трава и листья деревьев, полотнище флага.
- Возникновение звуков и голосов зверей, птиц, людей происходит в результате колебания голосовых связок из-за проходящего потока воздуха.
- Турбулентные потоки на перекатах рек и ручьев.
- Звучание струн смычковых и духовых музыкальных инструментов.
Можно выделить следующие элементы автоколебательной системы:
- Колебательная система.
- Постоянный источник энергии.
- Устройство обратной связи между источником и колебательной системой, регулирующее поступление энергии.
Самой древней автоколебательной системой могут служить механические маятниковые часы. Конструкция их была предложена Галилео Галилеем. Колебательная система в них – это маятник настенных часов или балансир, источник энергии – деформированная пружина или поднятая вверх гиря. Устройством обратной связи служит анкер. Анкер позволяет ходовому колесу повернуться за один полупериод на один зубец. Зубец ходового колеса передает некоторую порцию энергии маятнику, в результате полученной энергии компенсируются потери энергии на трение. Незатухающие колебания поддерживаются за счет потенциальной энергии гири, которая постепенно опускается.
Иногда автоколебания в системах могут быть нежелательными и даже разрушительными из-за неправильного выбора параметров системы.
- Возникновение звука в водопроводных трубах, при увеличении напора воды из крана, водопроводный кран начинает «рычать».
- Возникновение флаттера в различных частях летательных аппаратов.
- Разрушение турбин электростанций.
- Разрушение мостов (срывной флаттер).