к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   электротехника и электроника   электрические цепи  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Превращение энергии при свободных механических колебаниях

При свободных механических колебаниях кинетическая и потенциальная энергии периодически изменяются. При максимальном отклонении тела от положения равновесия его скорость, а следовательно, и кинетическая энергия обращаются в нуль. В этом положении потенциальная энергия колеблющегося тела достигает максимального значения. Для груза на пружине потенциальная энергия – это энергия упругих деформаций пружины. Для математического маятника – это энергия в поле тяготения Земли.

Когда тело при своем движении проходит через положение равновесия, его скорость максимальна. Тело проскакивает положение равновесия по закону инерции. В этот момент оно обладает максимальной кинетической и минимальной потенциальной энергией. Увеличение кинетической энергии происходит за счет уменьшения потенциальной энергии. При дальнейшем движении начинает увеличиваться потенциальная энергия за счет убыли кинетической энергии и т. д. Таким образом, при гармонических колебаниях происходит периодическое превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Если в колебательной системе отсутствует трение, то полная механическая энергия при свободных колебаниях остается неизменной. Для груза на пружине:

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

 

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

Для малых колебаний математического маятника:

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

 

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

Здесь hm – максимальная высота подъема маятника в поле тяготения Земли, xm и vm = ω0xm – максимальные значения отклонения маятника от положения равновесия и его скорости. Превращения энергии при свободных механических колебаниях в отсутствие трения можно проиллюстрировать графически. Рассмотрим в качестве примера колебания груза массой m на пружине жесткости k. Пусть смещение x(t) груза из положения равновесия и его скорость v(t) изменяются со временем по законам:

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

 

v(t) = –ωxm sin (ω0t).

Следовательно,

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

 

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

На рис. 1 изображены графики функций Ep(t) и Ek(t). Потенциальная и кинетическая энергии два раза за период колебаний  Превращения энергии при свободных механических колебаниях достигают максимальных значений. Сумма  Превращения энергии при свободных механических колебаниях остается неизменной.

Превращения энергии при свободных колебаниях
Рисунок 1. Превращения энергии при свободных колебаниях.

В реальных условиях любая колебательная система находится под воздействием сил трения (сопротивления). При этом часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию теплового движения атомов и молекул, и колебания становятся затухающими (рис. 2).

Затухающие колебания
Рисунок 2. Затухающие колебания.

Скорость затухания колебаний зависит от величины сил трения.

Время затухания - это такой интервал времени τ, в течении которого амплитуда колебаний уменьшается в e ≈ 2,7 раз.

Частота свободных колебаний зависит от скорости затухания колебаний. При возрастании сил трения собственная частота уменьшается. Однако, изменение собственной частоты становится заметным лишь при достаточно больших силах трения, когда собственные колебания быстро затухают.

Добротность Q - является важной характеристикой колебательной системы, совершающей свободные затухающие колебания. Этот параметр определяется как число N полных колебаний, совершаемых системой за время затухания τ, умноженное на π:

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

Чем медленнее происходит затухание свободных колебаний, тем выше добротность Q колебательной системы. Добротность колебательной системы, определенная по затуханию колебаний на рис. 2, приблизительно равна 15. Добротности механических колебательных систем могут быть очень высокими - порядка нескольких сотен и даже тысяч. Понятие добротности имеет глубокий энергетический смысл. Можно определить добротность Q колебательной системы следующим энергетическим соотношением:

 Превращения энергии при свободных механических колебаниях

Таким образом, добротность характеризует относительную убыль энергии колебательной системы из-за наличия трения на интервале времени, равном одному периоду колебаний.

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   электротехника и электроника   электрические цепи  
Знаете ли Вы, что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 27.04.2017 - 08:34: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Глобальное потепление - миф или... миф? - Карим_Хайдаров.
26.04.2017 - 22:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
26.04.2017 - 21:28: СОВЕСТЬ - Conscience -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.04.2017 - 19:10: СОВЕСТЬ - Conscience -> Просвещение от Константина Сёмина - Карим_Хайдаров.
26.04.2017 - 16:44: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
25.04.2017 - 19:16: Беседка - Chatter -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
25.04.2017 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
25.04.2017 - 00:47: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> Происхождение тектитов и кимберлитов. Кометные молнии. - Евгений_Дмитриев.
25.04.2017 - 00:32: СОВЕСТЬ - Conscience -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
25.04.2017 - 00:29: СОВЕСТЬ - Conscience -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
23.04.2017 - 05:25: СОВЕСТЬ - Conscience -> Просвещение от Марата Мусина - Карим_Хайдаров.
22.04.2017 - 05:49: СОВЕСТЬ - Conscience -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution