Колебание - это разновидностьпериодическое движение. Движение называется периодическим, если оно повторяется через определенные промежутки времени, например движение иглы швейной машины, движение зубцов камертона и тело, подвешенное на пружине. Если частица движется вперед и назад по одному и тому же пути, ее движение называется колебательным или колебательным, ичастотаэтого движения - одна из его важнейших физических характеристик.
Смещение частицы, совершающей периодическое движение, можно выразить с помощью функций синуса и косинуса. Поскольку эти функции называются гармоническими функциями, периодическое движение также известно как гармоническое движение.
Что такое простое гармоническое движение?
Среди всех типов колебанийпростые гармонические колебания(SHM) - самый важный тип. В SHM на частицу действует сила разной величины и направления. Важно отметить, что SHM имеет важные приложения не только в механике, но также в оптике, звуке и атомной физике.
Говорят, что тело совершает линейное простое гармоническое движение, если
- Он периодически перемещается взад и вперед по прямой.
- Его ускорение всегда направлено к его среднему положению.
- Величина его ускорения пропорциональна величине его отклонения от среднего положения.
Уравнение:
F = -Kx
используется для определения линейного простого гармонического движения (SHM), в которомF- величина возвращающей силы;Икс- небольшое смещение от среднего положения; а такжеK- силовая постоянная. Отрицательный знак указывает на то, что направление силы противоположно направлению смещения.
Некоторые примеры простого гармонического движения - это движение простого маятника при небольших колебаниях и вибрирующего магнита при однородной магнитной индукции.
Что такое амплитуда колебаний?
Рассмотрим частицу, совершающую колебания вдоль пути QOR, где O - среднее положение, а Q и R - крайние положения по обе стороны от O. Предположим, что в данный момент колебания частица находится в точке P. Расстояние, пройденное частицей от своего среднего положения, называется ее перемещением (Икс) т.е. OP =Икс.
Смещение всегда измеряется от среднего положения, независимо от того, что может быть отправной точкой. Например, даже если частица перемещается от R к P, смещение все равно остаетсяИкс.
Вамплитуда (А) колебанияопределяется как максимальное смещение (ИксМаксимум) частицы по обе стороны от ее среднего положения, т. е.А= OQ = ИЛИ.Авсегда считается положительным, поэтому формула амплитуды колебаний - это просто величина смещения от среднего положения. Расстояние QR = 2Аназывается длиной пути, или протяженностью колебания, или полным путем колеблющейся частицы.
Формула частоты колебаний.
Период (Т) колебания определяется как время, за которое частица совершает одно колебание. По истечении времениТ, частица проходит через ту же позицию в том же направлении.
Определение частоты колебаний - это просто количество колебаний, совершаемых частицей за одну секунду.
ВТсекунд, частица совершает одно колебание.
Следовательно, количество колебаний в секунду, т.е. его частотаж, является:
f = \ frac {1} {T}
Частота колебаний измеряется в циклах в секунду или в герцах.
Тип частоты колебаний
Человеческое ухо чувствительно к частотам, лежащим в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц, и частоты в этом диапазоне называются звуковыми или слышимыми частотами. Частоты выше диапазона человеческого слуха называются ультразвуковыми частотами, а частоты ниже слышимого диапазона называются инфразвуковыми частотами. Еще один очень знакомый термин в этом контексте - «сверхзвуковой». Если тело движется быстрее скорости звука, говорят, что оно движется со сверхзвуковой скоростью.
Частоты радиоволн (колеблющейся электромагнитной волны) выражаются в килогерцах или мегагерцах, тогда как видимый свет имеет частоты в диапазоне сотен террагерц.