Katika maisha ya kila siku, mtu hukumbana kila mara na maonyesho ya mwendo wa kupotosha. Hii ni swing ya pendulum katika saa, vibrations ya chemchemi ya magari na gari zima. Hata tetemeko la ardhi si chochote ila mitetemo ya ukoko wa ardhi. Majengo ya juu pia huyumba kutoka kwa upepo mkali wa upepo. Hebu tujaribu kufahamu jinsi fizikia inavyoelezea jambo hili.
Pendulum kama mfumo wa oscillatory
Mfano dhahiri zaidi wa mwendo wa oscillatory ni pendulum ya saa ya ukutani. Kifungu cha pendulum kutoka sehemu ya juu zaidi upande wa kushoto hadi hatua ya juu zaidi ya kulia inaitwa swing yake kamili. Kipindi cha oscillation moja kama hiyo kamili inaitwa mzunguko. Masafa ya msisimko ni idadi ya mizunguuko kwa sekunde.
Ili kusoma oscillations, thread rahisi ya pendulum hutumiwa, ambayo hutengenezwa kwa kuning'iniza mpira mdogo wa chuma kwenye uzi. Ikiwa tunafikiri kwamba mpira ni hatua ya nyenzo, na thread haina misa kabisakubadilika na ukosefu wa msuguano, unapata pendulum ya kinadharia, inayoitwa hisabati.
Kipindi cha oscillation cha pendulum "bora" kama hii kinaweza kukokotwa kwa kutumia fomula:
T=2π √ l / g, ambapo l ni urefu wa pendulum, g ni kasi ya kuanguka bila malipo.
Mchanganyiko unaonyesha kuwa muda wa kuzunguka kwa pendulum hautegemei wingi wake na hauzingatii pembe ya kupotoka kutoka kwa nafasi ya usawa.
Mabadiliko ya nishati
Ni nini utaratibu wa harakati za pendulum, kurudia kwa kipindi fulani hata kwa ukomo, ikiwa hapakuwa na nguvu za msuguano na upinzani, kushinda ambayo kazi fulani inahitajika?
Pendulum huanza kuyumba kutokana na nishati inayotolewa kwayo. Kwa sasa pendulum inachukuliwa mbali na nafasi ya wima, tunatupa kiasi fulani cha nishati inayowezekana. Wakati pendulum inaposonga kutoka sehemu yake ya juu hadi nafasi yake ya kwanza, nishati inayowezekana inabadilishwa kuwa nishati ya kinetic. Katika kesi hii, kasi ya pendulum itakuwa kubwa zaidi, kwani kasi ya kutoa kasi inapungua. Kutokana na ukweli kwamba katika nafasi ya awali kasi ya pendulum ni kubwa zaidi, haina kuacha, lakini kwa inertia inasonga zaidi kando ya arc ya mduara kwa urefu sawa na ile ambayo ilishuka. Hivi ndivyo nishati inavyobadilishwa wakati wa mwendo wa oscillatory kutoka kwa uwezo hadi kinetiki.
Urefu wa pendulum ni sawa na urefu wa kushushwa kwake. Galileo alifikia hitimisho hili alipokuwa akifanya majaribio na pendulum, ambayo baadaye ilipewa jina lake.
Kubembea kwa pendulum ni mfano usiopingika wa sheria ya uhifadhi wa nishati. Na zinaitwa mitetemo ya usawa.
Sine wave na awamu
Je, ni mwendo gani wa kuzunguka kwa usawa. Ili kuona kanuni ya harakati kama hiyo, unaweza kufanya jaribio lifuatalo. Tunapachika funnel na mchanga kwenye msalaba. Chini yake tunaweka karatasi, ambayo inaweza kubadilishwa perpendicular kwa kushuka kwa thamani ya funnel. Baada ya kuweka faneli katika mwendo, tunahamisha karatasi.
Matokeo yake ni mstari wa wavy ulioandikwa kwenye mchanga - sinusoid. Oscillations hizi, zinazotokea kwa mujibu wa sheria ya sine, huitwa sinusoidal au harmonic. Kukiwa na mabadiliko hayo, idadi yoyote inayoangazia harakati itabadilika kulingana na sheria ya sine au kosine.
Baada ya kuchunguza sinusoid iliyotengenezwa kwenye kadibodi, inaweza kuzingatiwa kuwa mchanga ni safu ya mchanga katika sehemu zake mbalimbali za unene tofauti: juu au kupitia sinusoid, ilikuwa imerundikwa zaidi. Hii inapendekeza kwamba katika sehemu hizi kasi ya pendulum ilikuwa ndogo zaidi, au tuseme sifuri, katika sehemu hizo ambapo pendulum iligeuza mwendo wake.
Dhana ya awamu ina jukumu kubwa katika utafiti wa oscillations. Ilitafsiriwa kwa Kirusi, neno hili linamaanisha "udhihirisho". Katika fizikia, awamu ni hatua maalum ya mchakato wa mara kwa mara, yaani, mahali kwenye sinusoid ambapo pendulum iko kwa sasa.
Kusitasita
Ikiwa mfumo wa oscillatory utasogezwa na kisha kusimamishwaushawishi wa nguvu na nguvu yoyote, basi oscillations ya mfumo huo itaitwa bure. Oscillations ya pendulum, ambayo imesalia yenyewe, itaanza kupungua polepole, amplitude itapungua. Mwendo wa pendulum sio tu unaobadilika (haraka chini na polepole zaidi juu), lakini pia hautofautiani sawa.
Katika mizunguko ya usawa, nguvu inayoipa pendulum kuongeza kasi huwa dhaifu kwa kupungua kwa kiasi cha mkengeuko kutoka kwa uhakika wa msawazo. Kuna uhusiano wa sawia kati ya nguvu na umbali wa kupotoka. Kwa hivyo, mitetemo kama hiyo inaitwa harmonic, ambayo pembe ya kupotoka kutoka kwa sehemu ya usawa haizidi digrii kumi.
Msogeo wa kulazimishwa na mlio
Kwa matumizi ya vitendo katika uhandisi, mitetemo hairuhusiwi kuoza, ikitoa nguvu ya nje kwa mfumo wa kuzunguka. Ikiwa harakati ya oscillatory hutokea chini ya ushawishi wa nje, inaitwa kulazimishwa. Oscillations ya kulazimishwa hutokea kwa mzunguko ambao ushawishi wa nje unawaweka. Mzunguko wa nguvu ya nje ya kaimu inaweza au haiwezi sanjari na mzunguko wa oscillations ya asili ya pendulum. Wakati sanjari, amplitude ya oscillations huongezeka. Mfano wa ongezeko kama hilo ni bembea ambayo hupaa juu zaidi ikiwa, wakati wa harakati, unawapa kasi, ukipiga mdundo wa harakati zao wenyewe.
Hali hii katika fizikia inaitwa resonance na ni muhimu sana kwa matumizi ya vitendo. Kwa mfano, wakati wa kugeuza kipokea redio kwa wimbi linalohitajika, huletwa kwa sauti na kituo cha redio kinacholingana. Jambo la resonance pia lina matokeo mabaya,kusababisha uharibifu wa majengo na madaraja.
Mifumo ya kujitegemea
Mbali na mitetemo ya kulazimishwa na bila malipo, pia kuna mitetemo ya kibinafsi. Zinatokea kwa mzunguko wa mfumo wa oscillating yenyewe wakati unakabiliwa na mara kwa mara badala ya nguvu ya kutofautiana. Mfano wa oscillations binafsi ni saa, harakati ya pendulum ambayo hutolewa na kudumishwa kwa kufuta spring au kupunguza mzigo. Wakati wa kucheza violin, mitetemo ya asili ya nyuzi inapatana na nguvu inayotokana na ushawishi wa upinde, na sauti ya tonality fulani inaonekana.
Mifumo ya oscillatory ni tofauti, na uchunguzi wa michakato inayotokea ndani yake katika majaribio ya vitendo ni ya kuvutia na yenye taarifa. Utumiaji wa vitendo wa mwendo wa oscillatory katika maisha ya kila siku, sayansi na teknolojia ni tofauti na muhimu sana: kutoka kwa swing hadi utengenezaji wa injini za roketi.
