Гармонічні коливання Фізика верхнього рівня • Математика-Брінкманн
Визначення кривої синуса та синусоїди
Камертон видає звук. Ваші зубці демонструють особливо рівномірний рух вперед-назад. Результатом їх запису є a Крива синуса. Ми називаємо таку вібрацію у фізиці гармонійні коливання або Синусоїда.
Опис вібрацій
спроба
Ми спостерігаємо рух ниткового маятника.
Ми відхиляємо і відпускаємо м'яч, потім він робить повторювані руху вперед-назад.
Фізичне визначення періодичного руху
Такий рух називається періодичний рух.
Ми називаємо це повним рухом кулі-маятника вперед-назад період.
Час, за який маятник виконує період, називається Період Т.
Під час кожного руху вперед і назад кулька-маятник коливається до однієї і тієї ж точки розвороту і має найбільший відхил.
Ми називаємо відхилення від центрального положення до точки розвороту амплітуда вібрація.
Визначення частоти та формула
Викликається кількість періодів в секунду Частота f.
спроба
Закон сили гармонічного коливання
Дослідження пружинного маятника
а) У положенні рівноваги сила розтягування (позитивна) F0 пружини просто компенсує вниз (негативну) вагу G.
Маємо G = - F0.
Отже, загальна сила F = G + F0 = 0
б) Тепер тіло відхиляється вгору на відстань s> 0. Тоді сила розтягування пружини вгору зменшується до F1 = F0 - D с. Сила ваги переважає. Отримана сила призводить до зниження:
F = G + F1 = G + F0 - D s = 0 - D s
Тому сила відновлення F пропорційна відхиленню s.
Закон сили подовження застосовується:
спроба
Закріплюємо пробку на краю вертикально розміщеного обертового диска. Ми встановлюємо швидкість так, щоб період обертання пробки збігався з періодом пружинного маятника. Це створює вертикальну лінію в проекції тіні, по якій коркова тінь ковзає вгору-вниз. Сферична тінь пружинного маятника здійснює той самий рух.
Поки корок K ‘обертається по колу радіусом r, кулька K коливається навколо свого положення рівноваги на осі s s = 0. Це лежить посередині між двома точками розвороту s = A = r і s = - A = - r. Позитивне значення A називається амплітуда вібрація. Це максимальне відхилення від положення рівноваги.
До відхилення s застосовується наступне:
Це відповідає гармонійному коливанню.
Кутова швидкість
Виведення рівняння коливань
Нитковий маятник
Період ниткового маятника
Маятник нитки гармонійно коливається, якщо амплітуда досить мала.
Тоді його період:
Примітка: Прискорення під дією сили тяжіння g можна визначити дуже точно протягом періоду різьбового маятника.
Для цього потрібно виміряти довжину нитки та період.