Tabiiy tebranishlar ma'lum bir takrorlanuvchanlik bilan tavsiflangan jarayonlardir. Masalan, bularga soat mayatnikining harakati, gitara simi, kamarning oyoqlari, yurak faoliyati kiradi.
Mexanik tebranishlar
Jismoniy tabiatni hisobga olgan holda tabiiy tebranishlar mexanik, elektromagnit, elektromexanik bo'lishi mumkin. Keling, birinchi jarayonni batafsil ko'rib chiqaylik. Tabiiy tebranishlar qo'shimcha ishqalanish, tashqi kuchlar bo'lmagan hollarda sodir bo'ladi. Bunday harakatlar chastotaga faqat berilgan tizimning xususiyatlariga bog'liqligi bilan tavsiflanadi.
Garmonik jarayonlar
Bu tabiiy tebranishlar kosinus (sinus) qonuniga muvofiq tebranuvchi miqdorning oʻzgarishini bildiradi. Prujinaga osilgan shardan tashkil topgan tebranish tizimining eng oddiy shaklini tahlil qilaylik.
Bu holda tortish kuchi bahorning elastikligini muvozanatlashtiradi. Guk qonuniga ko'ra, uning prujinaning kengayishi va tanaga ta'sir qiladigan kuch o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri bog'liqlik mavjud.
Elastik kuch xususiyatlari
Sxemadagi o'z elektromagnit tebranishlari tizimga ta'sir qilishning kattaligi bilan bog'liq. To'pning muvozanat holatidan siljishiga mutanosib bo'lgan elastik kuch muvozanat holatiga yo'n altiriladi. Uning ta'siri ostida to'pning harakatini kosinus qonuni bilan tasvirlash mumkin.
Tabiiy tebranish davri matematik tarzda aniqlanadi.
Prujinali mayatnik holatida uning qattiqligiga, shuningdek, yukning massasiga bog'liqligi aniqlanadi. Bu holda tabiiy tebranishlar davri formula bo'yicha hisoblanishi mumkin.
Garmonik tebranishdagi energiya
Ishqatish kuchi bo'lmasa, qiymat doimiy bo'ladi.
Tebranish harakati sodir boʻlganda, kinetik energiyaning potentsial qiymatga davriy oʻzgarishi sodir boʻladi.
Sonlangan tebranishlar
Tizimga tashqi kuchlar ta'sir qilmasa, o'z elektromagnit tebranishlari paydo bo'lishi mumkin. Ishqalanish tebranishlarni susaytirishga yordam beradi, ularning amplitudasining pasayishi kuzatiladi.
Tebranish zanjiridagi tabiiy tebranishlar chastotasi tizimning xususiyatlariga, shuningdek, yo'qotishlar intensivligiga bog'liq.
Ostilatsiya koeffitsienti ortishi bilan tebranish harakati davrining ortishi kuzatiladi.
Bir davrga teng interval bilan ajratilgan amplitudalar nisbati doimiybutun jarayon davomida qiymat. Bu nisbat amortizatsiya kamayishi deb ataladi.
Tebranish zanjiridagi tabiiy tebranishlar sinuslar (kosinuslar) qonuni bilan tavsiflanadi.
Tebranish davri xayoliy miqdordir. Harakat aperiodikdir. Qo'shimcha tebranishlarsiz muvozanat holatidan chiqarilgan tizim asl holatiga qaytadi. Tizimni muvozanat holatiga keltirish usuli uning dastlabki shartlari bilan belgilanadi.
Rezonans
Sonchangning tabiiy tebranishlar davri garmonik qonun bilan belgilanadi. Vaqti-vaqti bilan o'zgaruvchan kuch ta'sirida tizimda majburiy tebranishlar paydo bo'ladi. Harakat tenglamasini tuzishda majburiy ta’sirdan tashqari erkin tebranishlar vaqtida ta’sir qiluvchi shunday kuchlar ham borligi hisobga olinadi: muhitning qarshiligi, kvazelastik kuch.
Rezonans - bu harakatlantiruvchi kuchning chastotasi tananing tabiiy chastotasiga moyil bo'lganda, majburiy tebranishlar amplitudasining keskin oshishi. Bu holatda yuzaga keladigan barcha tebranishlar rezonans deb ataladi.
Majburiy tebranishlar uchun amplituda va tashqi kuch oʻrtasidagi munosabatni aniqlash uchun siz eksperimental oʻrnatishdan foydalanishingiz mumkin. Krank tutqichi sekin aylantirilsa, prujinadagi yuk xuddi osilish nuqtasiga qadar yuqoriga va pastga siljiydi.
Tebranish pallasida o'z elektromagnit tebranishlarini hisoblash va boshqa jismoniy parametrlarni aniqlash mumkintizim.
Tezroq aylanish holatida tebranishlar kuchayadi va aylanish chastotasi tabiiyga teng bo'lganda, maksimal amplituda qiymatiga erishiladi. Aylanish chastotasining keyingi ortishi bilan tahlil qilinadigan yukning majburiy tebranishlarining amplitudasi yana kamayadi.
Rezonans xarakteristikasi
Tutqichning engil harakatlanishi bilan yuk deyarli o'z o'rnini o'zgartirmaydi. Sababi prujina mayatnikining inertsiyasi bo'lib, u tashqi kuchga mos kelmaydi, shuning uchun faqat "joyida jitter" kuzatiladi.
Sxemadagi tebranishlarning tabiiy chastotasi tashqi ta'sir chastotasi amplitudasining keskin oshishiga mos keladi.
Bunday hodisaning grafigi rezonans egri chizig'i deyiladi. Buni filamentli mayatnik uchun ham ko'rib chiqish mumkin. Agar siz katta sharni relsga osib qo'ysangiz, shuningdek, ip uzunligi turlicha bo'lgan bir nechta engil mayatniklarni osib qo'ysangiz.
Ushbu mayatniklarning har biri oʻziga xos tebranish chastotasiga ega, uni erkin tushish tezlashishiga, ip uzunligiga qarab aniqlash mumkin.
Agar toʻp muvozanatdan chiqarilsa, yorugʻlik mayatnikini harakatsiz qoldirib, keyin qoʻyib yuborilsa, uning tebranishi relsning davriy egilishiga olib keladi. Bu vaqti-vaqti bilan o'zgarib turadigan elastik kuchning yorug'lik mayatniklariga ta'sirini keltirib chiqaradi va bu ularning majburiy tebranishlarini amalga oshirishga olib keladi. Asta-sekin ularning barchasi teng amplitudaga ega bo'ladi, bu rezonans bo'ladi.
Bu hodisani asosi bir-biriga bogʻlangan metronom uchun ham koʻrish mumkin.mayatnik o'qi bilan ip. Bunday holda, u maksimal amplituda bilan tebranadi, keyin mayatnikning ipni "tortish" chastotasi uning erkin tebranish chastotasiga mos keladi.
Rezonans vaqt ichida erkin tebranishlar bilan ta'sir qiluvchi tashqi kuch ijobiy qiymat bilan ishlaganda paydo bo'ladi. Bu tebranish harakati amplitudasining oshishiga olib keladi.
Ijobiy ta'sirdan tashqari, rezonans hodisasi ko'pincha salbiy funktsiyani bajaradi. Misol uchun, agar qo'ng'iroqning tili chayqalayotgan bo'lsa, arqon tilning erkin tebranish harakatlari bilan o'z vaqtida ta'sir ko'rsatishi tovush chiqishi uchun muhimdir.
Rezonans qoʻllanilishi
Qamishli chastota o'lchagichning ishlashi rezonansga asoslangan. Qurilma bitta umumiy asosga mahkamlangan turli uzunlikdagi elastik plitalar shaklida taqdim etilgan.
Chastotani aniqlash uchun chastota o'lchagich tebranish tizimiga tegsa, chastotasi o'lchanganiga teng bo'lgan plastinka maksimal amplituda bilan tebranadi. Platinani rezonansga kiritgandan so'ng, siz tebranish tizimining chastotasini hisoblashingiz mumkin.
XVIII asrda, Frantsiyaning Anje shahridan unchalik uzoq bo'lmagan joyda, askarlar otryadi uzunligi 102 metr bo'lgan zanjirli ko'prik bo'ylab qadam tashlashdi. Ularning qadamlarining chastotasi rezonansga sabab bo'lgan ko'prikning erkin tebranish chastotasiga teng qiymatga ega bo'ldi. Bu zanjirlarning uzilishiga, osma ko‘prikning qulashiga olib keldi.
1906-yilda xuddi shu sababga koʻra Sankt-Peterburgdagi Misr koʻprigi vayron boʻlgan, uning boʻylab otliq askarlar otryadi harakat qilgan. Bunday noxush hodisalardan qochish uchun, hozir bilanko'prikdan o'tib, harbiy qismlar erkin tezlikda o'tadi.
Elektromagnit hodisalar
Ular magnit va elektr maydonlarining oʻzaro bogʻlangan tebranishlari.
Tizim muvozanatdan chiqarilganda, masalan, kondansatkichga zaryad berilganda, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tok kattaligining oʻzgarishi bilan zanjirdagi oʻziga xos elektromagnit tebranishlar yuzaga keladi.
Elektromagnit tebranishlar turli elektr zanjirlarida paydo bo'ladi. Bunda tebranish harakati tok kuchi, kuchlanish, zaryad, elektr maydon kuchi, magnit induksiya va boshqa elektrodinamik miqdorlar orqali amalga oshiriladi.
Ularni sönümli tebranishlar deb hisoblash mumkin, chunki tizimga berilgan energiya issiqlikka ketadi.
Majburiy elektromagnit tebranishlar davriy ravishda oʻzgarib turadigan tashqi sinusoidal elektromotor kuchlar taʼsirida yuzaga keladigan zanjirdagi jarayonlardir.
Bunday jarayonlar mexanik tebranishlardagi kabi qonuniyatlar bilan tavsiflanadi, lekin ular butunlay boshqacha fizik tabiatga ega. Elektr hodisalari - bu kuch, kuchlanish, o'zgaruvchan tok bilan elektromagnit jarayonlarning alohida holati.
Tebranish sxemasi
Bu ketma-ket ulangan induktor, ma'lum sig'imga ega bo'lgan kondansatör, qarshilik qarshiligidan iborat elektr zanjiri.
Tebranish zanjiri barqaror muvozanat holatida boʻlganda, kondansatör zaryadga ega boʻlmaydi va gʻ altakdan elektr toki oʻtmaydi.
Asosiy xususiyatlar orasidaelektromagnit tebranishlar vaqtga nisbatan zaryadning ikkinchi hosilasi bo'lgan tsiklik chastotani qayd etadi. Elektromagnit tebranishlar fazasi sinus (kosinus) qonuni bilan tavsiflangan garmonik miqdordir.
Tebranish zanjiridagi davr Tomson formulasi bilan aniqlanadi, kondansatkichning sig'imiga, shuningdek, oqim bilan bobinning induktivligi qiymatiga bog'liq. Zanjirdagi oqim sinus qonuniga muvofiq o'zgaradi, shuning uchun siz ma'lum bir elektromagnit to'lqin uchun faza siljishini aniqlashingiz mumkin.
Oʻzgaruvchan tok
Induksiyaning ma'lum bir qiymatiga ega bo'lgan yagona magnit maydonda doimiy burchak tezligida aylanadigan ramkada garmonik EMF aniqlanadi. Faradayning elektromagnit induktsiya qonuniga ko'ra, ular magnit oqimning o'zgarishi bilan belgilanadi, sinusoidal qiymatdir.
Tashqi EMF manbasi tebranish pallasiga ulanganda, uning ichida majburiy tebranishlar paydo bo'ladi, ular tsiklik chastotada sodir bo'ladi p, qiymati manbaning chastotasiga teng. Ular susaytirilmagan harakatlardir, chunki zaryad qilinganda potentsial farq paydo bo'ladi, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim va boshqa jismoniy miqdorlar paydo bo'ladi. Bu kuchlanish va oqimdagi garmonik o'zgarishlarga olib keladi, bu pulsatsiyalanuvchi fizik kattaliklar deb ataladi.
O'zgaruvchan tokning sanoat chastotasi sifatida 50 Gts qiymati qabul qilinadi. O'zgaruvchan tok o'tkazgichidan o'tganda chiqarilgan issiqlik miqdorini hisoblash uchun maksimal quvvat qiymatlari ishlatilmaydi, chunki u faqat ma'lum vaqt oralig'ida erishiladi. Bunday maqsadlar uchun murojaat qilingo'rtacha quvvat, ya'ni tahlil qilinayotgan davrda kontaktlarning zanglashiga olib o'tgan barcha energiyaning uning qiymatiga nisbati.
Oʻzgaruvchan tokning qiymati doimiyga toʻgʻri keladi, u davr davomida oʻzgaruvchan tok bilan bir xil miqdorda issiqlik chiqaradi.
Transformator
Bu elektr energiyasini sezilarli darajada yoʻqotmasdan kuchlanishni oshiradigan yoki kamaytiradigan qurilma. Ushbu dizayn bir nechta plitalardan iborat bo'lib, ularda simli o'rashli ikkita bobin o'rnatiladi. Birlamchi o'zgaruvchan kuchlanish manbaiga ulangan, ikkinchisi esa elektr energiyasini iste'mol qiladigan qurilmalarga ulangan. Bunday qurilma uchun transformatsiya nisbati ajralib turadi. Kuchaytiruvchi transformator uchun u birdan kam, kuchaytiruvchi transformator uchun esa 1 ga intiladi.
Avto tebranishlar
Bular tashqi manbadan energiya ta'minotini avtomatik ravishda tartibga soluvchi tizimlar deb ataladi. Ularda sodir bo'ladigan jarayonlar davriy so'nmaydigan (o'z-o'zidan tebranish) harakatlar hisoblanadi. Bunday tizimlarga elektromagnit o'zaro ta'sirlarning quvur generatori, qo'ng'iroq, soat kiradi.
Turli jismlar bir vaqtning oʻzida turli yoʻnalishdagi tebranishlarda ishtirok etadigan holatlar ham mavjud.
Agar siz amplitudalari teng boʻlgan bunday harakatlarni qoʻshsangiz, kattaroq amplitudali garmonik tebranish olishingiz mumkin.
Furye teoremasiga koʻra, murakkab jarayon parchalanishi mumkin boʻlgan oddiy tebranish sistemalar toʻplami garmonik spektr hisoblanadi. U kiritilgan barcha oddiy tebranishlarning amplitudalari va chastotalarini ko'rsatadibunday tizim. Ko'pincha spektr grafik shaklda aks ettiriladi.
Chastalar gorizontal o'qda belgilangan va bunday tebranishlarning amplitudalari ordinata o'qi bo'ylab ko'rsatilgan.
Har qanday tebranish harakatlari: mexanik, elektromagnit, ma'lum jismoniy miqdorlar bilan tavsiflanadi.
Birinchidan, bu parametrlarga amplituda, davr, chastota kiradi. Har bir parametr uchun hisob-kitoblarni amalga oshirish, kerakli xususiyatlarni miqdoriy hisoblash imkonini beruvchi matematik ifodalar mavjud.
