ფიზიკაში არსებობს სხვადასხვა სახის რხევები, რომლებიც ხასიათდება გარკვეული პარამეტრებით. განვიხილოთ მათი ძირითადი განსხვავებები, კლასიფიკაცია სხვადასხვა ფაქტორების მიხედვით.
ძირითადი განმარტებები
რყევების ქვეშ იგულისხმება პროცესი, რომლის დროსაც რეგულარული ინტერვალებით მოძრაობის ძირითად მახასიათებლებს აქვთ იგივე მნიშვნელობები.
პერიოდული რხევები არის ის, რომლებშიც ძირითადი სიდიდეების მნიშვნელობები მეორდება რეგულარული ინტერვალებით (რხევის პერიოდი).
რხევადი პროცესების მრავალფეროვნება
მოდით განვიხილოთ ფუნდამენტურ ფიზიკაში არსებული რხევების ძირითადი ტიპები.
უფასო ვიბრაცია არის ის, რაც ხდება სისტემაში, რომელიც არ ექვემდებარება გარე ცვლადი ზემოქმედებას საწყისი დარტყმის შემდეგ.
თავისუფალი რხევის მაგალითია მათემატიკური ქანქარა.
იმ ტიპის მექანიკური ვიბრაციები, რომლებიც წარმოიქმნება სისტემაში გარე ცვლადი ძალის გავლენის ქვეშ.
კლასიფიკაციის მახასიათებლები
ფიზიკური ბუნებით განასხვავებენ რხევის მოძრაობის შემდეგ ტიპებს:
- მექანიკური;
- თერმული;
- ელექტრომაგნიტური;
- შერეული.
გარემოსთან ურთიერთქმედების ვარიანტის მიხედვით
გარემოსთან ურთიერთქმედების რყევების ტიპები იყოფა რამდენიმე ჯგუფად.
იძულებითი რხევები ჩნდება სისტემაში გარეგანი პერიოდული მოქმედების მოქმედებით. ამ სახის რხევის მაგალითებად შეგვიძლია მივიჩნიოთ ხელების, ფოთლების მოძრაობა ხეებზე.
იძულებითი ჰარმონიული რხევებისთვის შეიძლება გამოჩნდეს რეზონანსი, რომელშიც გარეგანი გავლენისა და ოსცილატორის სიხშირის თანაბარი მნიშვნელობებით, ამპლიტუდის მკვეთრი მატებით.
სისტემაში საკუთარი ვიბრაციები წონასწორობიდან გამოყვანის შემდეგ შინაგანი ძალების გავლენის ქვეშ. თავისუფალი ვიბრაციების უმარტივესი ვარიანტია დატვირთვის მოძრაობა, რომელიც შეჩერებულია ძაფზე ან მიმაგრებულია ზამბარზე.
თვითრხევები არის ტიპები, რომლებშიც სისტემას აქვს გარკვეული რაოდენობის პოტენციური ენერგია, რომელიც გამოიყენება რხევების შესაქმნელად. მათი განმასხვავებელი თვისებაა ის, რომ ამპლიტუდა ხასიათდება თავად სისტემის თვისებებით და არა საწყისი პირობებით.
შემთხვევითი რყევებისთვის, გარე დატვირთვას აქვს შემთხვევითი მნიშვნელობა.
რხევადი მოძრაობების ძირითადი პარამეტრები
ვიბრაციის ყველა რეჟიმს აქვს გარკვეული მახასიათებლები, რომლებიც ცალკე უნდა აღინიშნოს.
ამპლიტუდა არის მაქსიმალური გადახრა წონასწორობის პოზიციიდან, მერყევი მნიშვნელობის გადახრა, ის იზომება მეტრებში.
პერიოდი არის ერთი სრული რხევის დრორომელიც იმეორებს სისტემის მახასიათებლებს, გამოითვლება წამებში.
სიხშირე განისაზღვრება რხევების რაოდენობით დროის ერთეულზე, ის უკუპროპორციულია რხევის პერიოდის.
რხევის ფაზა ახასიათებს სისტემის მდგომარეობას.
ჰარმონიული რხევების მახასიათებელი
ასეთი ტიპის რხევები წარმოიქმნება კოსინუსის ან სინუსის კანონის მიხედვით. ფურიემ შეძლო დაედგინა, რომ ნებისმიერი პერიოდული რხევა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ჰარმონიული ცვლილებების ჯამის სახით გარკვეული ფუნქციის გაფართოებით ფურიეს სერიაში.
მაგალითად, განიხილეთ ქანქარა გარკვეული პერიოდისა და ციკლური სიხშირით.
რა ახასიათებს ამ ტიპის რყევებს? ფიზიკა მათემატიკურ ქანქარს იდეალიზებულ სისტემად მიიჩნევს, რომელიც შედგება მატერიალური წერტილისგან, რომელიც დაკიდულია უწონად გაუწელვებელ ძაფზე, ირხევა გრავიტაციის გავლენით.
ასეთ ტიპის ვიბრაციას აქვს გარკვეული რაოდენობის ენერგია, ისინი გავრცელებულია ბუნებაში და ტექნოლოგიაში.
გახანგრძლივებული რხევითი მოძრაობით იცვლება მისი მასის ცენტრის კოორდინატი, ხოლო ალტერნატიული დენის დროს იცვლება დენის და ძაბვის მნიშვნელობა წრეში.
ფიზიკური ხასიათის მიხედვით არსებობს ჰარმონიული რხევების სხვადასხვა სახეობა: ელექტრომაგნიტური, მექანიკური და ა.შ.
სატრანსპორტო საშუალების რხევა, რომელიც მოძრაობს უხეში გზაზე, მოქმედებს როგორც იძულებითი რხევა.
მთავარი განსხვავებები იძულებით და თავისუფალს შორისრყევები
ამ ტიპის ელექტრომაგნიტური რხევები განსხვავდება ფიზიკური მახასიათებლებით. საშუალო წინააღმდეგობისა და ხახუნის ძალების არსებობა იწვევს თავისუფალი რხევების დემპიტირებას. იძულებითი რხევების შემთხვევაში ენერგიის დანაკარგები კომპენსირდება მისი დამატებითი მიწოდებით გარე წყაროდან.
ზამბარის ქანქარის პერიოდი აკავშირებს სხეულის მასას და ზამბარის სიმტკიცეს. მათემატიკური ქანქარის შემთხვევაში, ეს დამოკიდებულია ძაფის სიგრძეზე.
ცნობილი პერიოდით შეგიძლიათ გამოთვალოთ რხევითი სისტემის ბუნებრივი სიხშირე.
ტექნოლოგიასა და ბუნებაში არის რყევები სხვადასხვა სიხშირის მნიშვნელობებით. მაგალითად, ქანქარას, რომელიც ირხევა სანქტ-პეტერბურგის წმინდა ისაკის ტაძარში, აქვს 0,05 ჰც სიხშირე, ატომებისთვის კი რამდენიმე მილიონი მეგაჰერცი..
გარკვეული პერიოდის შემდეგ შეიმჩნევა თავისუფალი რხევების დემპაცია. სწორედ ამიტომ გამოიყენება იძულებითი რხევები რეალურ პრაქტიკაში. ისინი მოთხოვნადია სხვადასხვა ვიბრაციის მანქანებში. ვიბრაციული ჩაქუჩი არის დარტყმა-ვიბრაციული მანქანა, რომელიც განკუთვნილია მილების, წყობის და სხვა ლითონის კონსტრუქციების მიწაში ჩასაგდებად.
ელექტრომაგნიტური რხევები
რხევის რეჟიმების დახასიათება გულისხმობს ძირითადი ფიზიკური პარამეტრების ანალიზს: მუხტი, ძაბვა, დენის სიძლიერე. როგორც ელემენტარული სისტემა, რომელიც გამოიყენება ელექტრომაგნიტური რხევების დასაკვირვებლად, არის რხევითი წრე. იგი წარმოიქმნება სპირალისა და კონდენსატორის შეერთებით.
როდესაც წრე დახურულია, თავისუფალი ელექტრომაგნიტურირყევები, რომლებიც დაკავშირებულია კონდენსატორზე ელექტრული მუხტის პერიოდულ ცვლილებებთან და კოჭში არსებულ დენთან.
ისინი თავისუფალია იმის გამო, რომ მათი შესრულებისას არ არის გარეგანი გავლენა, არამედ გამოიყენება მხოლოდ თავად წრეში შენახული ენერგია.
თუ კოჭის წინაღობა ნულს მივიჩნევთ და რხევის პერიოდს ავიღებთ T, შეგვიძლია მივიჩნიოთ სისტემის მიერ გაკეთებული ერთი სრული რხევა.
გარეგანი ზემოქმედების არარსებობის შემთხვევაში, გარკვეული პერიოდის შემდეგ, შეინიშნება ელექტრომაგნიტური რხევის დემპინგი. ამ ფენომენის მიზეზი იქნება კონდენსატორის თანდათანობითი განმუხტვა, ისევე როგორც წინააღმდეგობა, რომელიც რეალურად აქვს კოჭს.
ამიტომ წარმოიქმნება დარბილებული რხევები რეალურ წრეში. კონდენსატორზე დატენვის შემცირება იწვევს ენერგიის ღირებულების შემცირებას მის თავდაპირველ მნიშვნელობასთან შედარებით. თანდათან ის სითბოს სახით გამოიყოფა შემაერთებელ სადენებზე და ხვეულზე, კონდენსატორი მთლიანად დაცლილია და დასრულდება ელექტრომაგნიტური რხევა.
რყევების მნიშვნელობა მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში
ნებისმიერი მოძრაობა, რომელსაც აქვს გარკვეული ხარისხის გამეორება, არის რხევები. მაგალითად, მათემატიკური გულსაკიდი ხასიათდება სისტემური გადახრით ორივე მიმართულებით თავდაპირველი ვერტიკალური პოზიციიდან.
ზამბარის ქანქარისთვის ერთი სრული რხევა შეესაბამება მის მოძრაობას საწყისი პოზიციიდან ზემოთ და ქვემოთ.
ელექტრონულ წრეში, რომელსაც აქვს ტევადობა და ინდუქციურობა, ხდება დამუხტვის განმეორებაკონდენსატორის ფირფიტები. რა არის რხევითი მოძრაობების მიზეზი? გულსაკიდი ფუნქციონირებს იმის გამო, რომ გრავიტაცია იწვევს მის საწყის მდგომარეობაში დაბრუნებას. ზამბარის მოდელის შემთხვევაში მსგავს ფუნქციას ასრულებს ზამბარის დრეკადობის ძალა. წონასწორობის პოზიციის გავლისას, დატვირთვას აქვს გარკვეული სიჩქარე, ამიტომ ინერციით ის გადადის საშუალო მდგომარეობას.
ელექტრული რხევები შეიძლება აიხსნას პოტენციური სხვაობით, რომელიც არსებობს დამუხტული კონდენსატორის ფირფიტებს შორის. მაშინაც კი, როდესაც ის მთლიანად გამორთულია, დენი არ ქრება, ის იტენება.
თანამედროვე ტექნოლოგია იყენებს რყევებს, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი ბუნებით, განმეორების ხარისხით, ბუნებით და ასევე გარეგნობის „მექანიზმით“.
მექანიკური ვიბრაციები წარმოიქმნება მუსიკალური ინსტრუმენტების სიმებით, ზღვის ტალღებით, ქანქარით. ქიმიური რყევები, რომლებიც დაკავშირებულია რეაგენტების კონცენტრაციის ცვლილებასთან, მხედველობაში მიიღება სხვადასხვა ურთიერთქმედების ჩატარებისას.
ელექტრომაგნიტური რხევები საშუალებას იძლევა შექმნას სხვადასხვა ტექნიკური მოწყობილობა, როგორიცაა ტელეფონები, ულტრაბგერითი სამედიცინო მოწყობილობები.
ცეფეიდების სიკაშკაშის რყევები განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს ასტროფიზიკაში და მათ სწავლობენ სხვადასხვა ქვეყნის მეცნიერები.
დასკვნა
ყველა სახის რხევა მჭიდრო კავშირშია უამრავ ტექნიკურ პროცესთან და ფიზიკურ მოვლენებთან. მათი პრაქტიკული მნიშვნელობა დიდია თვითმფრინავების მშენებლობაში, გემთმშენებლობაში, საცხოვრებელი კომპლექსების მშენებლობაში, ელექტროინჟინერიაში, რადიოელექტრონიკაში, მედიცინასა და ფუნდამენტურ მეცნიერებაში. ტიპიური რხევითი პროცესის მაგალითიფიზიოლოგია ხელს უწყობს გულის კუნთის მოძრაობას. მექანიკური ვიბრაციები გვხვდება ორგანულ და არაორგანულ ქიმიაში, მეტეოროლოგიაში და ბევრ სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებაში.
მათემატიკური ქანქარის პირველი კვლევები ჩატარდა მეჩვიდმეტე საუკუნეში და მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს მეცნიერებმა შეძლეს დაედგინათ ელექტრომაგნიტური რხევების ბუნება. რუსმა მეცნიერმა ალექსანდრე პოპოვმა, რომელიც რადიოკომუნიკაციების „მამად“ითვლება, ექსპერიმენტები სწორედ ელექტრომაგნიტური რხევების თეორიის, ტომსონის, ჰაიგენსის და რეილის კვლევის შედეგების საფუძველზე ჩაატარა. მან მოახერხა ელექტრომაგნიტური რხევების პრაქტიკული გამოყენების პოვნა, მათი გამოყენება რადიოსიგნალის დიდ მანძილზე გადასაცემად.
აკადემიკოსი პ.ნ. ლებედევი მრავალი წლის განმავლობაში ატარებდა ექსპერიმენტებს, რომლებიც დაკავშირებულია მაღალი სიხშირის ელექტრომაგნიტური რხევების წარმოებასთან ალტერნატიული ელექტრული ველების გამოყენებით. სხვადასხვა სახის ვიბრაციასთან დაკავშირებული მრავალი ექსპერიმენტის წყალობით, მეცნიერებმა შეძლეს თანამედროვე მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში მათი ოპტიმალური გამოყენების სფეროების პოვნა.
