Në jetën e përditshme, një person ndeshet vazhdimisht me manifestime të lëvizjes osciluese. Kjo është lëkundja e lavjerrësit në orë, dridhjet e sustave të automobilave dhe e gjithë makinës. Edhe një tërmet nuk është gjë tjetër veçse dridhje të kores së tokës. Ndërtesat e larta gjithashtu lëkunden nga rrëshqitjet e forta të erës. Le të përpiqemi të kuptojmë se si fizika e shpjegon këtë fenomen.
Lavjerrësi si një sistem oscilues
Shembulli më i dukshëm i lëvizjes osciluese është lavjerrësi i orës së murit. Kalimi i lavjerrësit nga pika më e lartë në të majtë në pikën më të lartë në të djathtë quhet lëkundje e plotë e tij. Periudha e një lëkundjeje të tillë të plotë quhet perimetër. Frekuenca e lëkundjeve është numri i lëkundjeve për sekondë.
Për të studiuar lëkundjet, përdoret një lavjerrës i thjeshtë me fije, i cili bëhet duke varur një top të vogël metalik në një fije. Nëse imagjinojmë se topi është një pikë materiale, dhe filli nuk ka masë në absolutefleksibiliteti dhe mungesa e fërkimit, ju merrni një lavjerrës teorik, të ashtuquajturin lavjerrës matematik.
Periudha e lëkundjes së një lavjerrës të tillë "ideal" mund të llogaritet duke përdorur formulën:
T=2π √ l / g, ku l është gjatësia e lavjerrësit, g është nxitimi i rënies së lirë.
Formula tregon se periudha e lëkundjes së lavjerrës nuk varet nga masa e tij dhe nuk merr parasysh këndin e devijimit nga pozicioni i ekuilibrit.
Transformimi i energjisë
Cili është mekanizmi i lëvizjeve të lavjerrësit që përsëriten me një periudhë të caktuar deri në pafundësi, nëse nuk do të kishte forca fërkimi dhe rezistence, për të kapërcyer të cilat kërkohet një punë e caktuar?
Lavjerrësi fillon të lëkundet për shkak të energjisë që i jepet. Në momentin që lavjerrësi largohet nga pozicioni vertikal, ne i japim një sasi të caktuar energjie potenciale. Kur lavjerrësi lëviz nga pika e tij e sipërme në pozicionin e tij fillestar, energjia potenciale shndërrohet në energji kinetike. Në këtë rast, shpejtësia e lavjerrësit do të bëhet më e madhja, pasi forca që jep nxitimin zvogëlohet. Për shkak të faktit se në pozicionin fillestar shpejtësia e lavjerrësit është më e madhja, ai nuk ndalet, por me inerci lëviz më tej përgjatë harkut të një rrethi në saktësisht të njëjtën lartësi me atë nga e cila zbriti. Kështu shndërrohet energjia gjatë lëvizjes osciluese nga potenciale në kinetike.
Lartësia e lavjerrësit është e barabartë me lartësinë e uljes së tij. Galileo arriti në këtë përfundim gjatë kryerjes së një eksperimenti me një lavjerrës, të quajtur më vonë pas tij.
Lëkundjet e një lavjerrës është një shembull i padiskutueshëm i ligjit të ruajtjes së energjisë. Dhe ato quhen vibrime harmonike.
Vala sinusale dhe faza
Çfarë është një lëvizje osciluese harmonike. Për të parë parimin e një lëvizjeje të tillë, mund të kryeni eksperimentin e mëposhtëm. Ne varim një hinkë me rërë në shiritin. Nën të vendosim një fletë letre, e cila mund të zhvendoset pingul me luhatjet e hinkës. Pasi kemi vënë në lëvizje hinkën, e zhvendosim letrën.
Rezultati është një vijë me onde e shkruar në rërë - një sinusoid. Këto lëkundje, që ndodhin në përputhje me ligjin e sinusit, quhen sinusoidale ose harmonike. Me këto luhatje, çdo sasi që karakterizon lëvizjen do të ndryshojë sipas ligjit të sinusit ose kosinusit.
Pas ekzaminimit të sinusoidit të formuar në karton, mund të vërehet se rëra është një shtresë rëre në seksionet e saj të ndryshme me trashësi të ndryshme: në krye ose në gropën e sinusoidit, ajo ishte grumbulluar më dendur. Kjo sugjeron që në këto pika shpejtësia e lavjerrësit ishte më e vogla, ose më mirë zero, në ato pika ku lavjerrësi e ktheu lëvizjen e tij.
Koncepti i fazës luan një rol të madh në studimin e lëkundjeve. Përkthyer në Rusisht, kjo fjalë do të thotë "manifestim". Në fizikë, një fazë është një fazë specifike e një procesi periodik, domethënë, vendi në sinusoid ku ndodhet aktualisht lavjerrësi.
Hezitime të lirshme
Nëse sistemit oscilues i jepet lëvizje dhe më pas ndaletndikimi i çdo force dhe energjie, atëherë lëkundjet e një sistemi të tillë do të quhen të lira. Lëkundjet e lavjerrësit, i cili është lënë në vetvete, gradualisht do të fillojnë të zbehen, amplituda do të ulet. Lëvizja e lavjerrësit nuk është vetëm e ndryshueshme (më e shpejtë në fund dhe më e ngad altë në krye), por gjithashtu nuk është e ndryshueshme në mënyrë të njëtrajtshme.
Në lëkundjet harmonike, forca që i jep lavjerrës nxitimin bëhet më e dobët me një ulje të sasisë së devijimit nga pika e ekuilibrit. Ekziston një marrëdhënie proporcionale midis forcës dhe distancës së devijimit. Prandaj, dridhjet e tilla quhen harmonike, në të cilat këndi i devijimit nga pika e ekuilibrit nuk i kalon dhjetë gradë.
Lëvizje dhe rezonancë e detyruar
Për aplikim praktik në inxhinieri, dridhjet nuk lejohen të prishen, duke i dhënë një forcë të jashtme sistemit oscilues. Nëse lëvizja osciluese ndodh nën ndikimin e jashtëm, ajo quhet e detyruar. Lëkundjet e detyruara ndodhin me frekuencën që i vendos një ndikim i jashtëm. Frekuenca e forcës së jashtme që vepron mund ose nuk mund të përkojë me frekuencën e lëkundjeve natyrore të lavjerrësit. Kur përkojnë, amplituda e lëkundjeve rritet. Një shembull i një rritjeje të tillë është një lëkundje që ngrihet më lart nëse, gjatë lëvizjes, u jepni atyre përshpejtim, duke goditur ritmin e lëvizjes së tyre.
Ky fenomen në fizikë quhet rezonancë dhe ka një rëndësi të madhe për aplikime praktike. Për shembull, kur akordoni një marrës radio në valën e dëshiruar, ai sillet në rezonancë me stacionin përkatës të radios. Fenomeni i rezonancës ka edhe pasoja negative,duke çuar në shkatërrimin e ndërtesave dhe urave.
Sisteme të vetë-mjaftueshme
Përveç dridhjeve të detyruara dhe të lira, ka edhe vetëlëkundje. Ato ndodhin me frekuencën e vetë sistemit oscilues kur ekspozohen ndaj një force konstante dhe jo të ndryshueshme. Një shembull i vetëlëkundjeve është një orë, lëvizja e lavjerrësit në të cilën sigurohet dhe mirëmbahet duke zhbërë sustën ose duke ulur ngarkesën. Kur luani violinë, dridhjet natyrale të telave përkojnë me forcën që lind nga ndikimi i harkut dhe shfaqet një tingull i një tonaliteti të caktuar.
Sistemet osciluese janë të ndryshme dhe studimi i proceseve që ndodhin në to në eksperimentet praktike është interesant dhe informues. Zbatimi praktik i lëvizjes lëkundëse në jetën e përditshme, shkencën dhe teknologjinë është i ndryshëm dhe i domosdoshëm: nga lëkundjet me lëkundje deri te prodhimi i motorëve të raketave.
