Коливання - один з найпоширеніших процесів у природі і техніці.
Коливаються крила комах і птахів в польоті, висотні будівлі і високовольтні дроти під дією вітру, маятник заведених годин і автомобіль на ресорах під час руху, рівень річки протягом року і температура людського тіла при хворобі.
Звук - це коливання щільності і тиску повітря, радіохвилі - періодичні зміни напруженостей електричного і магнітного полів, видиме світло - теж електромагнітні коливання, тільки з дещо іншими довжиною хвилі і частотою.
Землетруси - коливання грунту, припливи і відливи - зміна рівня морів і океанів, викликаного тяжінням Місяця і досягає в деяких місцевостях 18 метрів, биття пульсу - періодичні скорочення серцевого м'яза людини і т.д.
Зміна неспання і сну, праці і відпочинку, зими і літа. Навіть наше щоденне ходіння на роботу і повернення додому потрапляє під визначення коливань, які трактуються як процеси, точно або наближено повторюються через рівні проміжки часу.
Коливання бувають механічні, електромагнітні, хімічні, термодинамічні і різні інші. Незважаючи на таке розмаїття, всі вони мають між собою багато спільного і тому описуються одними і тими ж рівняннями.
Вільними коливаннями називаються коливання, що відбуваються завдяки початкового запасу енергії, надає хиткому тілу.
Щоб тіло здійснювало вільні коливання, необхідно вивести його зі стану рівноваги.
Спеціальний розділ фізики - теорія коливань - займається вивченням закономірностей цих явищ. Знати їх необхідно судо- і літакобудівникам, фахівцям промисловості і транспорту, творцям радіотехнічної і акустичної апаратури.
Першими вченими, що вивчали коливання, були Галілео Галілей (1564. 1642) і Християн Гюйгенс (1629 1 692). (Вважають, що співвідношення між довжиною маятника і часом кожного гойдання відкрив Галлілей. Одного разу в церкві він спостерігав, як гойдалася величезна люстра, і засікав час за своїм пульсом. Пізніше він відкрив, що час, протягом якого відбувається один помах, залежить від довжини маятника - час наполовину зменшується, якщо вкоротити маятник на три чверті.).
Гюйгенс винайшов перший годинник з маятником (+1657) і в другому виданні своєї монографії «Маятниковий годинник» (одна тисяча шістсот сімдесят три) досліджував ряд проблем, пов'язаних з рухом маятника, зокрема знайшов центр гойдання фізичного маятника.
Великий внесок у вивчення коливань внесли багато вчених: англійські - У. Томсон (лорд Кельвін) і Дж. Релей, російські - А.С. Попов і П.Н. Лебедєв та інші.
КОЛИВАННЯ нитяним маятником
Далі розглядається діюча модель математичного маятника в реальному часі
Червоним кольором зображується вектор сили тяжіння, синім - сили реакції, жовтим - сили опору, бордовим - рівнодіюча сили. Для зупинки маятника натиснути кнопку "Стоп" у вікні "Керування" або клацнути кнопкою миші всередині головного вікна програми. Для продовження руху дії повторити.
Подальші коливання нитяного маятника, виведеного зі стану рівноваги, відбуваються
під дією результуючої сили, яка є сумою двох векторів: сили тяжіння
і сили пружності.
Результуюча сила в даному випадку називається повертає силою.
Чортик на мотузочці.
Загадки звичайного дзиги.
Обертається ланцюжок.
Соляний маятник.
МАЯТНИК ФУКО В ПАРИЗЬКОМУ Пантеон
Що довів Жан Фуко?
Маятник Фуко служить для демонстрації обертання Землі навколо своєї осі. На довгому тросі підвішений важкий куля. Він гойдається взад-вперед над круглої майданчиком з поділами.
Через якийсь час глядачам починає здаватися, що маятник гойдається вже над іншими розподілами. Здається, що маятник повернувся, але це не так. Це повернувся разом із Землею сам коло!
Для всіх факт обертання Землі очевидний хоча б тому, що день змінює ніч, тобто за 24 години відбувається один повний оберт планети навколо своєї осі. Обертання Землі можна довести багатьма фізичними дослідами. Самим знаменитим з них був досвід, проведений Жаном Бернаром Леоном Фуко в 1851 році в паризькому Пантеоні в присутності імператора Наполеона. Під куполом будівлі фізик підвісив металева куля масою 28 кг на сталевому дроті довжиною 67 м. Відмінною особливістю цього маятника було те, що він міг вільно гойдатися в усіх напрямках. Під ним було зроблено огорожу з радіусом 6 м, всередині якого насипали пісок, чиєю поверхні стосувалося вістрі маятника. Після того як маятник привели в рух, стало очевидно, що площина гойдання повертається щодо статі за годинниковою стрілкою. Це випливало з того, що при кожному наступному гойданні вістрі маятника робило позначку на 3 мм далі попереднього. Це відхилення і пояснює те, що Земля здійснює обертання навколо своєї осі.
У 1887 році принцип дії маятника був продемонстрований і в і, в Ісаакієвському соборі Петербурга. Хоча сьогодні побачити його не можна, так як тепер він зберігається в фонді музею-пам'ятника. Зроблено це було для того, щоб відновити первинну внутрішню архітектуру собору.
ЗРОБИ МОДЕЛЬ Маятник Фуко САМ
Переверни табуретку вгору ніжками і поклади на кінці її ніжок (по діагоналі) якусь рейку. А до середини її підвісь невеликий вантаж (наприклад, гайку) ні нитки. Застав його гойдатися так, щоб площина гойдання проходила між ніжок табуретки. Тепер повільно повертай табуретку навколо її вертикальної осі. Тобі стане помітно, що маятник гойдається вже в іншому напрямку. Насправді він гойдається все також, а зміна відбулася з-за повороту самої табуретки, яка в цьому досвіді грає роль Землі.
Це маятник Максвелла, він дозволяє виявити ряд цікавих закономірностей руху твердого тіла. До диску, насаджених на вісь, прив'язані нитки. Якщо закриття нитку навколо осі, диск підніметься. Тепер відпускаємо маятник, і він починає здійснювати періодичне рух: диск опускається, нитка розкручується. Дійшовши до нижньої точки, по інерції диск продовжує обертатися, але тепер уже закручує нитку і піднімається вгору.
Зазвичай крутильний маятник застосовується в механічних наручних годинниках. Коліщатко-балансир під дією пружини обертається то в одну, то в іншу сторону. Його рівномірні руху забезпечують точність ходу годинника.
ЗРОБИ крутильний маятник САМ
Виріжте з щільного картону невелике коло діаметром 6 - 8 см. На одній стороні кружка намалюйте відкриту зошит, а на іншій стороні - цифру «5». З двох сторін кола виконайте голкою 4 отвори і вставте 2 міцні нитки. Закріпіть їх, щоб вони не вискакували, вузликами. Далі варто лише закриття коло на 20 - 30 оборотів і натягнути нитки в сторони. В результаті обертання ви побачите картинку «5 в моїй зошиті».
Приємно?
Невелика крапля - калюжка ртуті, поверхні якої в її центрі стосується залізний дріт - голка, залита слабким водяним розчином соляної кислоти, в якому розчинена сіль двухромовокислого калію. ртуть в розчині соляної кислоти отримує електричний заряд і поверхневий натяг на межі cопрікасающіхся поверхонь знижується. При зіткненні голки з поверхнею ртуті заряд зменшується і, отже, змінюється поверхневий натяг. При цьому крапля знаходить більш сферичну форму. Верхівка краплі наповзає на голку, а потім під дією сили тяжіння зіскакує з неї. Зовні явище справляє враження здригання ртуті. Цей перший імпульс дає поштовх коливань, крапля розгойдується і «серце» починає пульсувати. Ртутне «серце» - не вічний двигун! Згодом довжина голки зменшується, і її знову доводиться встановлювати в зіткнення з поверхнею ртуті.
Джерело: ж. «Квант»
У аеродинаміці відомо явище, зване флатером, - мимовільні коливання крила в польоті, що приводить до його поломки і аварії. Для гасіння шкідливих коливань передню кромку кожного крила стали обтяжувати. Природа також виробила засіб боротьби з флатером. У бабок, наприклад, на кожному крилі, в вершинної його частини, у переднього краю є темна хітиновий потовщення.
Механічні коливання і хвилі - Клас! Ная фізика