Презентація на тему:
хвороби

Автоколивання. Вимушені коливання. Резонанс

Пригадаємо, що таке коливання? Колива ння — фізичний процес, під час якого чергуються інтервали збільшення й зменшення фізичної величини. Коливаннями або коливальними рухами називають такі види механічного руху чи зміни стану системи, які періодично повторюються в часі. За фізичною природою коливання поділяють на механічні та електромагнітні, за характером коливань – на вільні, вимушені та автоколивання.

Умови виникнення автоколивань: 1) потрібна система, в якій можливі вільні коливання (у розглянутому випадку це сама гойдалка); 2) для поповнення втрат енергії у системі необхідне зовнішнє джерело енергії (у розглянутому випадку це людина); 3) має бути пристрій, який передає енергію від зовнішнього джерела до коливальної системи (рука людини); 4) треба узгоджувати роботу передавального пристрою з коливаннями системи (у випадку з гойдалкою людина спостерігає за рухом гойдалки і в потрібні моменти підштовхує її).

Наприклад, настінний годинник з маятником або наручний механічний годинник - це механічні автоколивальні системи. Маятник у годиннику Відхиляємо маятник годинника на деяку відстань. Відпускаємо його. Маятник приводиться в рух відхиляючись передає коливання на шерстеню, що в свою чергу з’єднана з тягарцем, який також приводиться в рух. 1 3 2 4 Джерело енергії Пристрій, що регулює надходження енергії Коливальна система Зворотній зв’язок

Маятник годинника Джерело енергії Пристрій, що регулює надходження енергії Коливальна система У годинниках потенціальна енергія тягарця (або стиснутої пружини) поступово, окремими порціями передається маятнику і компенсує втрати на тертя. Можна спостерігати автоколивання струни під дією смичка, голосових зв'язок під час розмови або співу.

Графік ідеалізованого власного коливання являє собою синусоїду або косинусоїду.   t x Однак у будь-якій реальній коливальній системі, внаслідок неминучості дії сил тертя й опору, власні коливання згасають, тобто їх амплітуда зменшується з часом.

У природі і техніці дуже часто реалізуються не власні, а вимушені коливання. Вимушені коливання – коливання під дією зовнішньої (змушуючої) сили. Вимушені коливання можуть бути незгасаючими, якщо зовнішня дія буде компенсувати зменшення енергії в системі, викликане дією сил тертя й опору.

Ці коливання здійснюють: поршні в циліндрах двигунів здійснюють дерева і фрагменти споруд під натиском вітру голка швацької машини мембрана мікрофона

а також це вимушені коливання моста під ногами людей. Як повідомляє канал Россия 24, коли схожі на бетонні хвилі коливання моста тільки почалися, на ньому були сотні машин. За словами очевидців, коливання моста було настільки сильним, що машини підкидало у повітря на метр, а деякі навіть розвертало на 180 градусів. Лише завдяки щасливому випадку ніхто не постраждав. По материалам РІА Новости, Вести.ru У Волгограді (20 травня 2010) закрили новий міст через Волгу після того, як у четвер, на мосту почалися сильні коливання конструкцій, амплітуда яких досягала за різними даними від одного до півтора метрів.

Вимушені коливання може здійснювати не лише машина в цілому, а й, що небезпечніше, окремі її частини: диски й лопатки турбін, крила й оперення літаків, колінчасті вали двигунів, лопасті гвинтів пароплавів тощо. Подібні коливання, якщо не вжити запобіжних заходів, внаслідок виникнення резонансу можуть стати причиною розладу роботи механізму, його руйнування, а іноді й небезпечних аварій. Що ж таке резонанс?

Резонанс – це особливий прояв дії змушуючої сили. Резонанс — це явище стрімкого (різкого) зростання амплітуди вимушених коливань за умови збігу частоти власних коливань системи і частоти, з якою змінюється змушуюча сила.

Графік залежності амплітуди коливань від частоти під час резонансу зображено на рис. Резонансна крива тим гостріша, чим менші втрати енергії в системі.

Проте не завжди резонанс корисний. Відомі випадки, коли навісні мости ламалися при проходжені по ним солдат "в ногу". Це відбувалося через те, що частота власних коливань полотна моста збігалася з частотою ходьби людей. Приклад перших проявів руйнівної дії резонансу: руйнування підвісних мостів через річку Луару у Франції наприкінці XIX ст. та в Росії на початку ХХ ст. через річку Фонтанка. У першому випадку солдати крокували по мосту в ногу, у другому — гарцювали кінні гренадери. Відомі жахливі наслідки руйнування моста в Оклахомі, де при проектуванні не врахували резонанс від вітрових навантажень

Також шкідливі прояви резонансу доводиться долати під час обробки металів різанням. За певних режимів різання на металорізальних верстатах збуджуються коливання інструменту й оброблюваної деталі, що є шкідливим для верстатів, і для оброблюваних виробів. Якщо не усунути причину виникнення цих коливань, то погіршується якість обробки деталей, точність виготовлення виробів, швидше зношується верстат тощо.

Будівлі, в яких встановлені швидкохідні машини, двигуни й верстати, фундаменти й перекриття їх, повинні бути споруджені так, щоб виключити можливість збудження коливань із частотою, яка дорівнює або близька до частоти коливань машини. У будівельній справі також багато уваги приділяють запобіганню виникнення резонансу.

Для послаблення шкідливої дії резонансу в техніці використовують гасителі коливань (демпфери), гумові та повстяні прокладки. Гасителі коливань для вагонів і локомотивів демпери

Існують два основні методи запобігання резонансу: забезпечення такого режиму роботи системи, в якому частота змушуючої сили і власна частота коливань системи істотно відрізняються за значенням. Скажімо, швидкість обертання сучасних парових турбін значно перевищує так звану критичну швидкість, яка відповідає резонансу; збільшення затухання коливань системи. Для цього збільшують тертя в системі, застосовують спеціальні загасники коливань, або демпфери.

Але резонанс може бути не тільки шкідливим. Приклади корисних проявів резонансу: в акустиці – для підсилення звуку музичними інструментами (корпус гітари, міхи баяна); в акустиці – для підсилення звуку; вібраторах для ущемлення ґрунту та бетонної суміші; для занурення паль і труб у грунт; для очистки лиття; у вібростендах – для випробовування виробів на міцність і вібростійкість; в електротехніці – для підсилення електричних коливань.

Людське вухо сприймає звуки внаслідок резонансу коливань у вушній раковині. Особливо широкого явище резонансу використовується в радіотехніці для підсилення коливань. Резонанс дає можливість відокремити сигнали даної радіостанції від сигналів інших одночасно працюючих радіостанція. З цими застосуваннями резонансу ви ознайомитеся пізніше.

До явища резонансу вдаються водії й пасажири транспорту, який загруз у снігу чи на мокрій ґрунтовій дорозі. Щоразу коли не очікується швидке прибуття рятівних засобів, вони, розгойдуючи машину, прагнуть прикладати зусилля в такт з власною частотою коливань машини за даних умов, тобто прагнуть ввести коливання машини в резонанс, оскільки амплітуда коливань при цьому буде максимальною. В більшості випадків це приносить позитивний результат.

Отже, резонанс відіграє значну роль для кожної людини, адже його використання дає нам прилади, без яких, здавалося б, неможливе наше існування, він дає можливість розуміти неймовірні явища природи і, звичайно, чути звуки.