Упругое и неупругое взаимодействия При взаимодействии тел друг с другом изменяются их энергия и импульс. Это изменение, однако, может происходить по-разному. Когда речь идет о взаимодействии массивных тел, которые состоят из большого числа частиц, атомов или молекул, имеет смысл наряду с кинетической и потенциальной энергией говорить о внутренней энергии тела. Внутренняя энергия - это энергия всех частиц, составляющих тело, при заданных его температуре и объеме.В автоколебательных системах незатухающие колебания поддерживаются за счет энергии, которая передается от источника энергии к системе. Любая автоколебательная система состоит из следующих трех элементов: 1. тела, или системы тел, которые осуществляют колебательное движение; 2. стационарного источника энергии; 3. устройства, регулирующего переход энергии от источника к колебательной системе. Эти три элемента можно четко выделить, например, в механических часах, в которых маятник, или баланс является колебательной системой, заведенная пружина - источником энергии и, наконец, анкерный ход - механизмом, который регулирует передачу энергии от источника к колебательной системе.
Когда энергия, передаваемая за период колебаний от источника к колеблющейся системе, становится равной энергии, потраченной системой на преодоление сил трения за этот промежуток времени, в системе устанавливаются незатухающие колебания с постоянной амплитудой. Значение энергии, передаваемой от источника к колеблющейся системе за период колебаний, и энергии, которая тратится системой за этот же промежуток времени, определяется только внутренними характеристиками колебательной системы. Следовательно, период и амплитуда колебаний также полностью определяются самой автоколебательной системой. Этим отличаются автоколебания от собственных колебаний, для которых амплитуда задается начальными условиями.
Пусть добротность колебательной системы велика и, следовательно, потери энергии в ней сравнительно малы. В таком случае для поддержания автоколебаний в колебательную систему за период должна подаваться энергия, значение которой много меньше полной энергии колебательной системы. Поступление энергии в систему при таких условиях почти не изменяет характер процессов колебания. При этом период и форма автоколебаний будут достаточно близкими к периоду и форме собственных колебаний колебательной системы. Если собственные колебания в системе близки по форме к гармоническим, то автоколебания также будут близки к гармоническим.
Если колебательная система имеет малую добротность, то для поддержания автоколебаний в систему за период должна подаваться значительная энергия сравнительно с полной энергией системы. Это может существенно изменить характер колебательных процессов. Форма автоколебаний может отличаться от гармонических.
Если за период автоколебаний рассевается вся накопленная в системе энергия (система апериодическая), то автоколебания будут значительно отличаться по форме от гармонических. Такие автоколебания называют релаксационными, а системы, которые их генерируют - релаксационными генераторами.
Вопросы и задания для самопроверки
1. Приведите определение колебаний. Проиллюстрируйте
определение примерами колебательного движения.
2. Как можно классифицировать колебания в зависимости от
физических свойств колебательного движения? от характера
воздействия на колебательную систему?
3. Можно ли рассматривать движение анкерного механизма часов в
качестве свободных колебаний? Почему?
4. Приведите примеры вынужденных колебаний.
5. Что называется автоколебаниями?
6. Какой физический процесс является причиной параметрических
колебаний?
| Математический маятник |