ბუნებრივი ვიბრაციები არის პროცესები, რომლებიც ხასიათდება გარკვეული განმეორებადობით. მაგალითად, ეს მოიცავს საათის ქანქარის მოძრაობას, გიტარის სიმებს, მარეგულირებელი ჩანგლის ფეხებს, გულის აქტივობას.
მექანიკური ვიბრაციები
ფიზიკური ბუნების გათვალისწინებით, ბუნებრივი რხევები შეიძლება იყოს მექანიკური, ელექტრომაგნიტური, ელექტრომექანიკური. მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ პირველ პროცესს. ბუნებრივი ვიბრაციები ხდება იმ შემთხვევებში, როდესაც არ არის დამატებითი ხახუნი, არ არის გარე ძალები. ასეთი მოძრაობები ხასიათდება სიხშირეზე დამოკიდებულებით მხოლოდ მოცემული სისტემის მახასიათებლებზე.
ჰარმონიული პროცესები
ეს ბუნებრივი რხევები გულისხმობს რხევის სიდიდის ცვლილებას კოსინუსების (სინუსების) კანონის მიხედვით. მოდით გავაანალიზოთ რხევითი სისტემის უმარტივესი ფორმა, რომელიც შედგება ზამბარზე დაკიდებული ბურთისგან.
ამ შემთხვევაში გრავიტაცია აბალანსებს ზამბარის ელასტიურობას. ჰუკის კანონის მიხედვით, არსებობს პირდაპირი კავშირი ზამბარის გახანგრძლივებასა და სხეულზე მიყენებულ ძალას შორის.
ელასტიური ძალის თვისებები
საკუთარი ელექტრომაგნიტური რხევები წრედში დაკავშირებულია სისტემაზე ზემოქმედების სიდიდესთან. ელასტიური ძალა, რომელიც პროპორციულია ბურთის გადაადგილების წონასწორობის მდგომარეობიდან, მიმართულია წონასწორობის მდგომარეობისკენ. ბურთის მოძრაობა მისი გავლენის ქვეშ შეიძლება აღწერილი იყოს კოსინუსის კანონით.
ბუნებრივი რხევის პერიოდი დადგინდება მათემატიკურად.
ზამბარის ქანქარის შემთხვევაში ვლინდება დამოკიდებულება მის სიმტკიცეზე, ისევე როგორც დატვირთვის მასაზე. ბუნებრივი რხევების პერიოდი ამ შემთხვევაში შეიძლება გამოითვალოს ფორმულით.
ენერგია ჰარმონიულ რხევაში
მნიშვნელობა მუდმივია, თუ არ არის ხახუნის ძალა.
როგორც ხდება რხევითი მოძრაობა, ხდება კინეტიკური ენერგიის პერიოდული ტრანსფორმაცია პოტენციურ მნიშვნელობად.
დამპალი რხევები
საკუთარი ელექტრომაგნიტური რხევები შეიძლება მოხდეს, როდესაც სისტემაზე გავლენას არ ახდენს გარე ძალები. ხახუნი ხელს უწყობს რხევების დაბერებას, შეინიშნება მათი ამპლიტუდის დაქვეითება.
რხევების წრეში ბუნებრივი რხევების სიხშირე დაკავშირებულია სისტემის თვისებებთან, ასევე დანაკარგების ინტენსივობასთან.
შემცირების კოეფიციენტის მატებასთან ერთად შეინიშნება რხევითი მოძრაობის პერიოდის ზრდა.
ამპლიტუდების თანაფარდობა, რომლებიც გამოყოფილია ერთი პერიოდის ტოლი ინტერვალით, მუდმივიაღირებულება მთელი პროცესის განმავლობაში. ამ თანაფარდობას ეწოდება დემპინგის შემცირება.
ბუნებრივი ვიბრაციები რხევის წრეში აღწერილია სინუსების (კოსინუსების) კანონით.
რხევის პერიოდი წარმოსახვითი სიდიდეა. მოძრაობა აპერიოდულია. სისტემა, რომელიც ამოღებულია წონასწორობის პოზიციიდან დამატებითი რხევების გარეშე, უბრუნდება საწყის მდგომარეობას. სისტემის წონასწორობის მდგომარეობამდე მიყვანის მეთოდი განისაზღვრება მისი საწყისი პირობებით.
რეზონანსი
წრის ბუნებრივი რხევების პერიოდი განისაზღვრება ჰარმონიული კანონით. იძულებითი რხევები სისტემაში ჩნდება პერიოდულად ცვალებადი ძალის მოქმედებით. მოძრაობის განტოლების შედგენისას მხედველობაში მიიღება, რომ ფორსირების ეფექტის გარდა თავისუფალი ვიბრაციის დროს მოქმედებს ისეთი ძალებიც: საშუალების წინაღობა, კვაზიელასტიური ძალა.
რეზონანსი არის იძულებითი რხევების ამპლიტუდის მკვეთრი მატება, როდესაც მამოძრავებელი ძალის სიხშირე სხეულის ბუნებრივი სიხშირისკენ მიისწრაფვის. ყველა ვიბრაციას, რომელიც ამ შემთხვევაში ხდება, ეწოდება რეზონანსული.
ამპლიტუდასა და იძულებითი რხევების გარე ძალას შორის კავშირის გამოსავლენად, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ექსპერიმენტული დაყენება. როდესაც ამწე სახელური ბრუნავს ნელა, ზამბარზე დატვირთვა მოძრაობს ზევით და ქვევით მათი დაკიდების წერტილის მსგავსად.
შეიძლება გამოითვალოს საკუთარი ელექტრომაგნიტური რხევები რხევის წრეში და სხვა ფიზიკური პარამეტრებისისტემა.
უფრო სწრაფი ბრუნვის შემთხვევაში რხევები მატულობს და როცა ბრუნის სიხშირე ბუნებრივის ტოლია, მაქსიმალური ამპლიტუდის მნიშვნელობა მიიღწევა. ბრუნვის სიხშირის შემდგომი მატებით, გაანალიზებული დატვირთვის იძულებითი რხევების ამპლიტუდა კვლავ მცირდება.
რეზონანსული მახასიათებელი
სახელურის უმნიშვნელო მოძრაობით დატვირთვა თითქმის არ იცვლის თავის პოზიციას. მიზეზი არის ზამბარის ქანქარის ინერცია, რომელიც არ ემორჩილება გარე ძალას, ამიტომ შეიმჩნევა მხოლოდ „ადგილზე რხევა“.
რხევების ბუნებრივი სიხშირე წრედში შეესაბამება გარე მოქმედების სიხშირის ამპლიტუდის მკვეთრ ზრდას.
ასეთი ფენომენის გრაფიკს რეზონანსის მრუდი ეწოდება. ის ასევე შეიძლება ჩაითვალოს ძაფის ქანქარად. თუ ლიანდაგზე დაკიდებთ მასიურ ბურთულას, ასევე რამდენიმე მსუბუქ ქანქარას ძაფის სხვადასხვა სიგრძით.
თითოეულ ამ ქანქარს აქვს საკუთარი რხევის სიხშირე, რომელიც შეიძლება განისაზღვროს თავისუფალი ვარდნის აჩქარების, ძაფის სიგრძის საფუძველზე.
თუ ბურთი წონასწორობიდან გამოვა, მსუბუქი ქანქარა მოძრაობის გარეშე დატოვა, შემდეგ გაათავისუფლა, მისი რხევა გამოიწვევს ლიანდაგის პერიოდულ მოხრას. ეს გამოიწვევს პერიოდულად ცვალებადი ელასტიური ძალის ეფექტს მსუბუქ ქანქარებზე, რაც იწვევს მათ იძულებითი რხევების შესრულებას. თანდათან ყველა მათგანს ექნება თანაბარი ამპლიტუდა, რომელიც იქნება რეზონანსი.
ეს ფენომენი ასევე ჩანს მეტრონომისთვის, რომლის ფუძე დაკავშირებულიაძაფი ქანქარის ღერძით. ამ შემთხვევაში, ის ირხევა მაქსიმალური ამპლიტუდით, მაშინ ქანქარის სიხშირე ძაფს „გამოქაჩავს“მისი თავისუფალი რხევების სიხშირეს.
რეზონანსი წარმოიქმნება, როდესაც გარე ძალა, რომელიც დროულად მოქმედებს თავისუფალი ვიბრაციებით, მუშაობს დადებითი მნიშვნელობით. ეს იწვევს რხევითი მოძრაობის ამპლიტუდის ზრდას.
გარდა დადებითი ზემოქმედებისა, რეზონანსის ფენომენი ხშირად ასრულებს უარყოფით ფუნქციას. მაგალითად, თუ ზარის ენა ტრიალებს, ხმის გამომუშავებისთვის მნიშვნელოვანია, რომ თოკი დროულად იმოქმედოს ენის თავისუფალი რხევითი მოძრაობებით.
რეზონანსის გამოყენება
რედის სიხშირის მრიცხველის მუშაობა ეფუძნება რეზონანსს. მოწყობილობა წარმოდგენილია სხვადასხვა სიგრძის ელასტიური ფირფიტების სახით, დამაგრებული ერთ საერთო ბაზაზე.
სიხშირის მრიცხველის რხევის სისტემასთან შეხების შემთხვევაში, რომლისთვისაც საჭიროა სიხშირის დადგენა, ის ფირფიტა, რომლის სიხშირე გაზომილის ტოლია, მაქსიმალური ამპლიტუდით ირხევა. პლატინის რეზონანსში შეყვანის შემდეგ შეგიძლიათ გამოთვალოთ რხევითი სისტემის სიხშირე.
მეთვრამეტე საუკუნეში, საფრანგეთის ქალაქ ანჟეს არც თუ ისე შორს, ჯარისკაცების რაზმი ნაბიჯ-ნაბიჯ გადავიდა ჯაჭვის ხიდის გასწვრივ, რომლის სიგრძე 102 მეტრი იყო. მათი ნაბიჯების სიხშირემ მიიღო ხიდის თავისუფალი ვიბრაციის სიხშირის ტოლი მნიშვნელობა, რამაც გამოიწვია რეზონანსი. ამან გამოიწვია ჯაჭვების გაწყვეტა, დაკიდული ხიდის ჩამონგრევა.
1906 წელს ამავე მიზეზით დაინგრა ეგვიპტური ხიდი სანკტ-პეტერბურგში, რომლის გასწვრივ ცხენოსანთა ესკადრილია გადავიდა. ასეთი უსიამოვნო მოვლენების თავიდან ასაცილებლად, ახლავეხიდზე გადასვლისას სამხედრო ნაწილები თავისუფალი ტემპით მიდიან.
ელექტრომაგნიტური მოვლენა
ეს არის მაგნიტური და ელექტრული ველების ურთიერთდაკავშირებული რყევები.
საკუთარი ელექტრომაგნიტური რხევები წრედში წარმოიქმნება, როდესაც სისტემა გამოდის წონასწორობიდან, მაგალითად, როდესაც მუხტი გადაეცემა კონდენსატორს, დენის სიდიდის ცვლილება წრეში.
ელექტრომაგნიტური რხევები ჩნდება სხვადასხვა ელექტრულ წრეში. ამ შემთხვევაში, რხევითი მოძრაობა ხორციელდება დენის სიძლიერით, ძაბვით, მუხტით, ელექტრული ველის სიძლიერით, მაგნიტური ინდუქციისა და სხვა ელექტროდინამიკური სიდიდეებით.
ისინი შეიძლება ჩაითვალოს დაბერებულ რხევებად, რადგან სისტემაში გადაცემული ენერგია მიდის სიცხემდე.
იძულებითი ელექტრომაგნიტური რხევები არის პროცესები წრედში, რომლებიც გამოწვეულია პერიოდულად ცვალებადი გარე სინუსოიდური ელექტრომამოძრავებელი ძალით.
ასეთი პროცესები აღწერილია იგივე კანონებით, როგორც მექანიკური ვიბრაციების შემთხვევაში, მაგრამ მათ აქვთ სრულიად განსხვავებული ფიზიკური ბუნება. ელექტრული ფენომენი ელექტრომაგნიტური პროცესების განსაკუთრებული შემთხვევაა სიმძლავრით, ძაბვით, ალტერნატიული დენით.
ოსცილატორული წრე
ეს არის ელექტრული წრე, რომელიც შედგება სერიით დაკავშირებული ინდუქტორისგან, გარკვეული სიმძლავრის მქონე კონდენსატორისგან, წინააღმდეგობის წინააღმდეგობისგან.
როდესაც რხევის წრე სტაბილურ წონასწორობაშია, კონდენსატორს არ აქვს მუხტი და არ გადის ელექტრული დენი კოჭში.
მთავარ მახასიათებლებს შორისელექტრომაგნიტური რხევები აღნიშნავენ ციკლურ სიხშირეს, რომელიც არის მუხტის მეორე წარმოებული დროის მიხედვით. ელექტრომაგნიტური რხევების ფაზა არის ჰარმონიული სიდიდე, რომელიც აღწერილია სინუსის (კოსინუსის) კანონით.
ოსცილატორულ წრეში პერიოდი განისაზღვრება ტომსონის ფორმულით, დამოკიდებულია კონდენსატორის ტევადობაზე, აგრეთვე კოჭის ინდუქციურობის მნიშვნელობაზე დენით. წრეში დენი იცვლება სინუსური კანონის მიხედვით, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ განსაზღვროთ ფაზური ცვლა გარკვეული ელექტრომაგნიტური ტალღისთვის.
ალტერნატიული დენი
ჩარჩოში, რომელიც ბრუნავს მუდმივი კუთხური სიჩქარით ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში ინდუქციის გარკვეული მნიშვნელობით, განისაზღვრება ჰარმონიული EMF. ფარადეის კანონის მიხედვით ელექტრომაგნიტური ინდუქციის შესახებ, ისინი განისაზღვრება მაგნიტური ნაკადის ცვლილებით, არის სინუსოიდური მნიშვნელობა.
როდესაც გარე EMF წყარო უკავშირდება რხევის წრეს, მის შიგნით ხდება იძულებითი რხევები, რომლებიც წარმოიქმნება ციკლური სიხშირით ώ, რომელიც უდრის თავად წყაროს სიხშირეს. ეს არის დაუცველი მოძრაობები, რადგან როდესაც დატენვა ხდება, ჩნდება პოტენციური განსხვავება, ჩნდება დენი წრეში და სხვა ფიზიკური სიდიდეები. ეს იწვევს ძაბვის, დენის ჰარმონიულ ცვლილებებს, რომლებსაც პულსირებულ ფიზიკურ სიდიდეებს უწოდებენ.
მნიშვნელობა 50 ჰც მიიღება როგორც ალტერნატიული დენის ინდუსტრიული სიხშირე. ალტერნატიული დენის გამტარში გავლისას გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობის გამოსათვლელად, მაქსიმალური სიმძლავრის მნიშვნელობები არ გამოიყენება, რადგან ის მიიღწევა მხოლოდ დროის გარკვეულ პერიოდებში. ასეთი მიზნებისთვის მიმართეთსაშუალო სიმძლავრე, რომელიც არის მთელი ენერგიის შეფარდება, რომელიც გადის წრედში გაანალიზებული პერიოდის განმავლობაში, მის მნიშვნელობასთან.
ალტერნატიული დენის მნიშვნელობა შეესაბამება მუდმივას, რომელიც გამოყოფს იმავე რაოდენობის სითბოს იმ პერიოდის განმავლობაში, როგორც ალტერნატიული დენის.
ტრანსფორმატორი
ეს არის მოწყობილობა, რომელიც ზრდის ან ამცირებს ძაბვას ელექტროენერგიის მნიშვნელოვანი დაკარგვის გარეშე. ეს დიზაინი შედგება რამდენიმე ფირფიტისგან, რომლებზეც დამაგრებულია ორი ხვეული მავთულის გრაგნილებით. პირველადი დაკავშირებულია ალტერნატიული ძაბვის წყაროსთან, ხოლო მეორადი მიმაგრებულია მოწყობილობებზე, რომლებიც მოიხმარენ ელექტრო ენერგიას. ასეთი მოწყობილობისთვის გამოირჩევა ტრანსფორმაციის კოეფიციენტი. ამაღლებული ტრანსფორმატორისთვის ის ერთზე ნაკლებია, ხოლო საფეხურზე ასვლის ტრანსფორმატორისთვის ის მიდრეკილია 1.
-მდე.
ავტომატური რხევები
ეს ეწოდება სისტემებს, რომლებიც ავტომატურად არეგულირებენ ენერგიის მიწოდებას გარე წყაროდან. მათში მიმდინარე პროცესები განიხილება პერიოდულ დაუცველ (თვითრხევად) მოქმედებებად. ასეთი სისტემები მოიცავს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მილის გენერატორს, ზარს, საათს.
ასევე არის შემთხვევები, როდესაც სხვადასხვა სხეულები ერთდროულად მონაწილეობენ სხვადასხვა მიმართულებით რხევებში.
თუ დაუმატებთ ისეთ მოძრაობებს, რომლებსაც თანაბარი ამპლიტუდა აქვთ, შეგიძლიათ მიიღოთ ჰარმონიული რხევა უფრო დიდი ამპლიტუდით.
ფურიეს თეორემის მიხედვით, მარტივი რხევითი სისტემების ერთობლიობა, რომელშიც რთული პროცესი შეიძლება დაიშალოს, განიხილება ჰარმონიულ სპექტრად. იგი მიუთითებს ყველა მარტივი რხევის ამპლიტუდასა და სიხშირეზე, რომელიც შედის მასშიასეთი სისტემა. ყველაზე ხშირად, სპექტრი აისახება გრაფიკული ფორმით.
სიხშირეები აღინიშნება ჰორიზონტალურ ღერძზე და ასეთი რხევების ამპლიტუდები ნაჩვენებია ორდინატთა ღერძის გასწვრივ.
ნებისმიერი რხევითი მოძრაობა: მექანიკური, ელექტრომაგნიტური, ხასიათდება გარკვეული ფიზიკური სიდიდეებით.
პირველ რიგში, ეს პარამეტრები მოიცავს ამპლიტუდას, პერიოდს, სიხშირეს. თითოეული პარამეტრისთვის არის მათემატიკური გამონათქვამები, რაც საშუალებას გაძლევთ განახორციელოთ გამოთვლები, რაოდენობრივად გამოთვალოთ სასურველი მახასიათებლები.
