Vibrimet natyrore janë procese që karakterizohen nga një përsëritje e caktuar. Për shembull, këto përfshijnë lëvizjen e lavjerrësit të një ore, një tela kitare, këmbët e një piruni akordimi, aktivitetin e zemrës.
Vibracione mekanike
Duke marrë parasysh natyrën fizike, lëkundjet natyrore mund të jenë mekanike, elektromagnetike, elektromekanike. Le të hedhim një vështrim më të afërt në procesin e parë. Dridhjet natyrore ndodhin në rastet kur nuk ka fërkime shtesë, nuk ka forca të jashtme. Lëvizje të tilla karakterizohen nga varësia e frekuencës vetëm nga karakteristikat e sistemit të caktuar.
Proceset harmonike
Këto lëkundje natyrore nënkuptojnë një ndryshim në sasinë osciluese sipas ligjit të kosinusit (sinusit). Le të analizojmë formën më të thjeshtë të një sistemi oscilues, i përbërë nga një top i varur në një susta.
Në këtë rast, graviteti balancon elasticitetin e sustës. Sipas ligjit të Hukut, ekziston një lidhje e drejtpërdrejtë midis shtrirjes së tij të sustës dhe forcës së aplikuar në trup.
Vetitë e forcës elastike
Lëkundjet e veta elektromagnetike në qark janë të lidhura me madhësinë e ndikimit në sistem. Forca elastike, e cila është proporcionale me zhvendosjen e topit nga pozicioni i ekuilibrit, drejtohet drejt gjendjes së ekuilibrit. Lëvizja e topit nën ndikimin e tij mund të përshkruhet me ligjin e kosinusit.
Periudha e lëkundjeve natyrore do të përcaktohet matematikisht.
Në rastin e një lavjerrës susta, zbulohet varësia nga ngurtësia e tij, si dhe nga masa e ngarkesës. Periudha e lëkundjeve natyrore në këtë rast mund të llogaritet me formulën.
Energjia në lëkundje harmonike
Vlera është konstante nëse nuk ka forcë fërkimi.
Ndërsa ndodh lëvizja osciluese, ndodh një transformim periodik i energjisë kinetike në një vlerë potenciale.
Lëkundje të amortizuar
Lëkundjet vetanake elektromagnetike mund të ndodhin kur sistemi nuk ndikohet nga forcat e jashtme. Fërkimi kontribuon në amortizimin e lëkundjeve, vërehet një ulje e amplitudës së tyre.
Frekuenca e lëkundjeve natyrore në një qark oscilues lidhet me vetitë e sistemit, si dhe me intensitetin e humbjeve.
Me një rritje të koeficientit të zbutjes, vërehet një rritje në periudhën e lëvizjes osciluese.
Raporti i amplitudave që ndahen me një interval të barabartë me një periodë është konstantvlerë gjatë gjithë procesit. Ky raport quhet zvogëlim i amortizimit.
Vibrimet natyrore në qarkun oscilues përshkruhen nga ligji i sinuseve (kosinuseve).
Periudha e lëkundjes është një sasi imagjinare. Lëvizja është periodike. Sistemi, i cili hiqet nga pozicioni i ekuilibrit pa lëkundje shtesë, kthehet në gjendjen e tij origjinale. Metoda e sjelljes së sistemit në një gjendje ekuilibri përcaktohet nga kushtet fillestare të tij.
Rezonanca
Periudha e lëkundjeve natyrore të qarkut përcaktohet nga ligji harmonik. Lëkundjet e detyruara shfaqen në sistem nën veprimin e një force që ndryshon periodikisht. Me rastin e përpilimit të ekuacionit të lëvizjes merret parasysh se përveç efektit sforcues, gjatë lëkundjeve të lira veprojnë edhe forca të tilla: rezistenca e mediumit, forca kuazi-elastike.
Rezonanca është një rritje e mprehtë e amplitudës së lëkundjeve të detyruara kur frekuenca e forcës lëvizëse priret në frekuencën natyrore të trupit. Të gjitha dridhjet që ndodhin në këtë rast quhen rezonante.
Për të zbuluar marrëdhënien midis amplitudës dhe forcës së jashtme për lëkundjet e detyruara, mund të përdorni konfigurimin eksperimental. Kur doreza e fiksimit rrotullohet ngadalë, ngarkesa në susta lëviz lart e poshtë në mënyrë të ngjashme me pikën e pezullimit të tyre.
Lëkundjet e veta elektromagnetike në qarkun oscilues mund të llogariten dhe parametrat e tjerë fizikësistemi.
Në rastin e rrotullimit më të shpejtë, lëkundjet rriten dhe kur frekuenca e rrotullimit është e barabartë me atë natyrore, arrihet vlera maksimale e amplitudës. Me një rritje të mëvonshme të frekuencës së rrotullimit, amplituda e lëkundjeve të detyruara të ngarkesës së analizuar zvogëlohet përsëri.
Karakteristika e rezonancës
Me një lëvizje të lehtë të dorezës, ngarkesa pothuajse nuk e ndryshon pozicionin e saj. Arsyeja është inercia e lavjerrësit të sustës, e cila nuk është në hap me forcën e jashtme, kështu që vërehet vetëm "dridhje në vend".
Frekuenca natyrore e lëkundjeve në qark do të korrespondojë me një rritje të mprehtë të amplitudës së frekuencës së veprimit të jashtëm.
Grafiku i një dukurie të tillë quhet kurba e rezonancës. Mund të konsiderohet gjithashtu për një lavjerrës filamenti. Nëse varni një top masiv në shina, si dhe një numër lavjerrëse të lehta me gjatësi të ndryshme fijesh.
Secili prej këtyre lavjerrësve ka frekuencën e vet të lëkundjes, e cila mund të përcaktohet në bazë të nxitimit të rënies së lirë, gjatësisë së fillit.
Nëse topi nxirret jashtë ekuilibrit, duke e lënë lavjerrësin e lehtë pa lëvizje, pastaj lirohet, lëkundjet e tij do të çojnë në përkulje periodike të shinës. Kjo do të shkaktojë efektin e një force elastike që ndryshon periodikisht në lavjerrësit e dritës, duke i bërë ata të kryejnë lëkundje të detyruara. Gradualisht, të gjitha do të kenë një amplitudë të barabartë, e cila do të jetë rezonanca.
Ky fenomen mund të shihet edhe për një metronom, baza e të cilit është e lidhurfije me boshtin e lavjerrësit. Në këtë rast, ai do të lëkundet me amplitudë maksimale, atëherë frekuenca e lavjerrësit që "tërheq" vargun korrespondon me frekuencën e lëkundjeve të tij të lira.
Rezonanca ndodh kur një forcë e jashtme, duke vepruar në kohë me dridhje të lira, funksionon me një vlerë pozitive. Kjo çon në një rritje të amplitudës së lëvizjes osciluese.
Përveç ndikimit pozitiv, fenomeni i rezonancës shpesh kryen një funksion negativ. Për shembull, nëse gjuha e një zile lëkundet, është e rëndësishme që tingulli të prodhohet që litari të veprojë në kohë me lëvizjet e lira lëkundëse të gjuhës.
Zbatimi i rezonancës
Funksionimi i matësit të frekuencës së kallamit bazohet në rezonancë. Pajisja paraqitet në formën e pllakave elastike me gjatësi të ndryshme, të fiksuara në një bazë të përbashkët.
Në rast kontakti të frekuenometrit me një sistem oscilues për të cilin kërkohet të përcaktohet frekuenca, ajo pllakë, frekuenca e së cilës është e barabartë me atë të matur, do të lëkundet me amplituda maksimale. Pasi të keni futur platinin në rezonancë, mund të llogarisni frekuencën e sistemit oscilues.
Në shekullin e tetëmbëdhjetë, jo shumë larg nga qyteti francez i Angers, një detashment ushtarësh lëvizi në hap përgjatë një ure zinxhir, gjatësia e së cilës ishte 102 metra. Frekuenca e hapave të tyre mori një vlerë të barabartë me frekuencën e dridhjeve të lira të urës, gjë që shkaktoi një rezonancë. Kjo bëri që zinxhirët të thyheshin, ura e varur të shembet.
Në vitin 1906, për të njëjtën arsye, u shkatërrua ura egjiptiane në Shën Petersburg, përgjatë së cilës lëvizi një skuadron kalorësish. Për të shmangur fenomene të tilla të pakëndshme, tani meduke kaluar urën, njësitë ushtarake shkojnë me ritëm të lirë.
dukuri elektromagnetike
Ato janë luhatje të ndërlidhura të fushave magnetike dhe elektrike.
Lëkundjet vetanake elektromagnetike në qark ndodhin kur sistemi del jashtë ekuilibrit, për shembull, kur një ngarkesë i jepet një kondensatori, një ndryshim në madhësinë e rrymës në qark.
Lëkundjet elektromagnetike shfaqen në qarqe të ndryshme elektrike. Në këtë rast, lëvizja osciluese kryhet nga forca aktuale, tensioni, ngarkesa, forca e fushës elektrike, induksioni magnetik dhe sasi të tjera elektrodinamike.
Ato mund të konsiderohen si lëkundje të amortizuara, pasi energjia që i jepet sistemit shkon në nxehtësi.
Si lëkundje elektromagnetike të detyruar janë proceset në qark, të cilat shkaktohen nga një forcë elektromotore e jashtme sinusoidale që ndryshon periodikisht.
Procese të tilla përshkruhen nga të njëjtat ligje si në rastin e dridhjeve mekanike, por ato kanë një natyrë fizike krejtësisht të ndryshme. Dukuritë elektrike janë një rast i veçantë i proceseve elektromagnetike me fuqi, tension, rrymë alternative.
Qarku oscilues
Është një qark elektrik që përbëhet nga një induktor i lidhur në seri, një kondensator me një kapacitet të caktuar, një rezistencë.
Kur qarku oscilues është në një gjendje ekuilibri të qëndrueshëm, kondensatori nuk ka ngarkesë dhe asnjë rrymë elektrike nuk kalon nëpër bobina.
Ndër veçoritë kryesoreLëkundjet elektromagnetike shënojnë frekuencën ciklike, e cila është derivati i dytë i ngarkesës në lidhje me kohën. Faza e lëkundjeve elektromagnetike është një sasi harmonike, e përshkruar nga ligji i sinusit (kosinusit).
Periudha në qarkun oscilues përcaktohet nga formula e Tomsonit, varet nga kapaciteti i kondensatorit, si dhe nga vlera e induktivitetit të bobinës me rrymë. Rryma në qark ndryshon sipas ligjit të sinusit, kështu që ju mund të përcaktoni zhvendosjen e fazës për një valë të caktuar elektromagnetike.
Rryma alternative
Në një kornizë që rrotullohet me një shpejtësi këndore konstante në një fushë magnetike uniforme me një vlerë të caktuar induksioni, përcaktohet EMF harmonik. Sipas ligjit të Faradeit për induksionin elektromagnetik, ato përcaktohen nga ndryshimi i fluksit magnetik, është një vlerë sinusoidale.
Kur një burim i jashtëm EMF lidhet me qarkun oscilues, brenda tij ndodhin lëkundje të detyruara, që ndodhin me një frekuencë ciklike ώ, në vlerë të barabartë me frekuencën e vetë burimit. Ato janë lëvizje të pamposhtura, pasi kur bëhet një ngarkesë, shfaqet një ndryshim potencial, lind një rrymë në qark dhe sasi të tjera fizike. Kjo shkakton ndryshime harmonike në tension, rrymë, të cilat quhen sasi fizike pulsuese.
Vlera prej 50 Hz merret si frekuencë industriale e rrymës alternative. Për të llogaritur sasinë e nxehtësisë së lëshuar kur kalon përmes një përcjellësi të rrymës alternative, vlerat maksimale të fuqisë nuk përdoren, pasi arrihet vetëm në periudha të caktuara kohore. Për qëllime të tilla, aplikonifuqia mesatare, e cila është raporti i të gjithë energjisë që kalon nëpër qark gjatë periudhës së analizuar, me vlerën e saj.
Vlera e rrymës alternative korrespondon me konstanten, e cila çliron të njëjtën sasi nxehtësie gjatë periudhës si ajo e rrymës alternative.
Transformer
Kjo është një pajisje që rrit ose ul tensionin pa humbje të konsiderueshme të energjisë elektrike. Ky dizajn përbëhet nga disa pllaka në të cilat janë fiksuar dy mbështjellje me mbështjellje teli. Primari është i lidhur me një burim të tensionit të alternuar, dhe sekondari është i lidhur me pajisjet që konsumojnë energji elektrike. Për një pajisje të tillë, dallohet një raport transformimi. Për një transformator rritës, është më pak se një, dhe për një transformator rritës, priret në 1.
Lëkundje automatike
Këto quhen sisteme që rregullojnë automatikisht furnizimin me energji nga një burim i jashtëm. Proceset që ndodhin në to konsiderohen veprime periodike të pamposhtura (vetëlëkundëse). Sisteme të tilla përfshijnë një gjenerator tubash të ndërveprimeve elektromagnetike, një zile, një orë.
Ka edhe raste në të cilat trupa të ndryshëm marrin pjesë njëkohësisht në lëkundje në drejtime të ndryshme.
Nëse bashkoni lëvizje të tilla që kanë amplituda të barabarta, mund të merrni një lëkundje harmonike me një amplitudë më të madhe.
Sipas teoremës së Furierit, një grup sistemesh të thjeshta osciluese, në të cilat mund të zbërthehet një proces kompleks, konsiderohet një spektër harmonik. Ai tregon amplitudat dhe frekuencat e të gjitha lëkundjeve të thjeshta të përfshira nënjë sistem të tillë. Më shpesh, spektri pasqyrohet në një formë grafike.
Frekuencat janë shënuar në boshtin horizontal dhe amplituda e lëkundjeve të tilla tregohen përgjatë boshtit të ordinatave.
Çdo lëvizje osciluese: mekanike, elektromagnetike, karakterizohet nga sasi të caktuara fizike.
Së pari, këta parametra përfshijnë amplituda, perioda, frekuenca. Për çdo parametër ka shprehje matematikore, të cilat ju mundësojnë të kryeni llogaritjet, të llogaritni në mënyrë sasiore karakteristikat e dëshiruara.
