Թրթռումների տարածումը առաձգական միջավայրում: Երկայնական և լայնակի ալիքներ: Բաց գրադարան - կրթական տեղեկատվության բաց գրադարան

Միջավայրը կոչվում է առաձգական, եթե նրա մասնիկների միջև կան փոխազդեցության ուժեր, որոնք կանխում են այս միջավայրի ցանկացած դեֆորմացիա։ Երբ որևէ մարմին տատանվում է առաձգական միջավայրում, այն գործում է մարմնին հարող միջավայրի մասնիկների վրա և ստիպում նրանց կատարել ստիպողական տատանումներ։ Տատանվող մարմնի մոտ գտնվող միջավայրը դեֆորմացվում է, և դրա մեջ առաջանում են առաձգական ուժեր։ Այս ուժերը գործում են միջավայրի մասնիկների վրա, որոնք ավելի ու ավելի են հեռանում մարմնից՝ հեռացնելով նրանց հավասարակշռության դիրքից։ Աստիճանաբար միջավայրի բոլոր մասնիկները ներգրավվում են տատանողական շարժման մեջ։

Շրջակա միջավայրում տարածում առաջացնող մարմիններ առաձգական ալիքներ, են ալիքի աղբյուրները(տատանվող թյունինգի պատառաքաղներ, երաժշտական ​​գործիքների լարեր):

Էլաստիկ ալիքներկոչվում են մեխանիկական խանգարումներ (դեֆորմացիաներ), որոնք առաջանում են առաձգական միջավայրում տարածվող աղբյուրների կողմից։ Էլաստիկ ալիքները չեն կարող տարածվել վակուումում։

Ալիքային պրոցեսը նկարագրելիս միջավայրը համարվում է պինդ և շարունակական, իսկ դրա մասնիկները անվերջ փոքր ծավալի տարրեր են (ալիքի երկարության համեմատ բավականին փոքր), որոնցում կա մեծ թվովմոլեկուլները. Երբ ալիքը տարածվում է ներս շարունակականությունՏատանումներին մասնակցող միջավայրի մասնիկները ժամանակի յուրաքանչյուր պահին ունենում են որոշակի տատանումների փուլեր։

Միևնույն փուլերում տատանվող միջավայրում ձևավորվում է կետերի երկրաչափական տեղանքը ալիքի մակերեսը.

Միջավայրի տատանվող մասնիկները դեռ չսկսած մասնիկներից բաժանող ալիքային մակերեսը կոչվում է ալիքային ճակատ։Կախված ալիքի ճակատի ձևից՝ առանձնանում են հարթ ալիքներ, գնդաձև ալիքներ և այլն։

Ալիքի տարածման ուղղությամբ ալիքի ճակատին ուղղահայաց գծված ուղիղը կոչվում է ճառագայթ: Ճառագայթը ցույց է տալիս ալիքի տարածման ուղղությունը։;;

IN ինքնաթիռի ալիքալիքի մակերեսները ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց հարթություններ են (նկ. 15.1): Հարթ բաղնիքում հարթ ալիքները կարող են առաջանալ ջրի մակերեսի վրա՝ տատանելով հարթ ձողը:

Գնդաձեւ ալիքում ալիքի մակերեսները համակենտրոն գնդեր են։ Գնդաձև ալիք կարող է ստեղծվել միատարր առաձգական միջավայրում պուլսացող գնդակի միջոցով: Նման ալիքը բոլոր ուղղություններով տարածվում է նույն արագությամբ։ Ճառագայթները գնդերի շառավիղներն են (նկ. 15.2):

Օգտագործել նախադիտումշնորհանդեսները ստեղծեք ձեզ հաշիվ ( հաշիվ) Google և մուտք գործեք՝ https://accounts.google.com

Սլայդի ենթագրեր.

Դասի թեման՝ Թրթռումների տարածումը առաձգական միջավայրում։ Ալիքներ

Խիտ միջավայրը այն միջավայրն է, որը բաղկացած է մեծ թիվմասնիկներ, որոնց փոխազդեցությունը շատ մոտ է առաձգականին

Ժամանակի ընթացքում առաձգական միջավայրում թրթռումների տարածման գործընթացը կոչվում է մեխանիկական ալիք։

Ալիքի առաջացման պայմանները՝ 1. առաձգական միջավայրի առկայություն 2. Տատանումների աղբյուրի առկայություն՝ միջավայրի դեֆորմացիա։

Մեխանիկական ալիքները կարող են տարածվել միայն որոշ միջավայրում (նյութում՝ գազում, հեղուկում, պինդում։ Վակուումում մեխանիկական ալիք չի կարող առաջանալ:

Ալիքների աղբյուրը տատանվող մարմիններն են, որոնք շրջակա տարածության մեջ ստեղծում են շրջակա միջավայրի դեֆորմացիա։

ԱԼԻՔՆԵՐ երկայնական լայնակի

Երկայնական - ալիքներ, որոնցում թրթռումները տեղի են ունենում տարածման ուղղությամբ: Դրանք առաջանում են ցանկացած միջավայրում (հեղուկներ, գազեր, պինդ մարմիններ):

Լայնակի - որի թրթռումները տեղի են ունենում ալիքի շարժման ուղղությանը ուղղահայաց: Առաջանում են միայն պինդ նյութեր.

Հեղուկի մակերեսի ալիքները ոչ երկայնական են, ոչ լայնակի: Եթե ​​մի փոքրիկ գնդակ գցեք ջրի մակերեսին, կարող եք տեսնել, որ այն շարժվում է ալիքների վրա օրորվելով շրջանաձև ճանապարհով:

Ալիքի էներգիա Շրջող ալիքը ալիք է, որտեղ էներգիայի փոխանցումը տեղի է ունենում առանց նյութի փոխանցման:

Ցունամիի ալիքներ. Նյութը չի տանում ալիքը, բայց ալիքն այնպիսի էներգիա է կրում, որ մեծ աղետներ է բերում։

Թեմայի վերաբերյալ՝ մեթոդական մշակումներ, ներկայացումներ և նշումներ

Ֆիզիկայի դասի մեթոդական մշակում Լրիվ անունը՝ Ռասպոպովա Տատյանա Նիկոլաևնա Պաշտոնը՝ ֆիզիկայի ուսուցիչ ուսումնական հաստատությունՄԿՈՒ Ջոգինսկայայի միջնակարգ դպրոցԴասարան՝ 8 Ծրագրի բաժին՝ «Թրթռումներ...

8-րդ դասարանի ֆիզիկայի դասի ներկայացում «Ձայնային ալիքներ ներս» թեմայով տարբեր միջավայրեր« Դասում ներառում է տարբեր գործողություններ: Սա կրկնություն է ինքնուրույն աշխատանք, հաշվետվություններ, փորձեր...

Դաս «Լույսի տարածումը միատարր միջավայրում»

Ուսանողները պետք է ծանոթանան լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքին. «Կետային լույսի աղբյուր» և «ստվեր» հասկացություններով...

Շղթայում ազատ ներդաշնակ տատանումների հավասարումը. Տատանումների մաթեմատիկական նկարագրությունը

Այս աշխատանքը կարելի է օգտագործել 11-րդ դասարանի թեման ուսումնասիրելիս՝ «Էլեկտրամագնիսական տատանումներ»: Նյութը նախատեսված է բացատրելու նոր թեմաու կրկնություններ...

Միջավայրի ցանկացած կետում գրգռված թրթռումները (պինդ, հեղուկ կամ գազային) տարածվում են դրանում վերջավոր արագությամբ՝ կախված միջավայրի հատկություններից՝ փոխանցվելով միջավայրի մի կետից մյուսը։ Որքան հեռու է միջավայրի մասնիկը գտնվում տատանման աղբյուրից, այնքան ավելի ուշ այն կսկսի տատանվել: Այլ կերպ ասած, ներծծված մասնիկները դուրս կգան իրենց մեջ մտնող մասնիկներից:

Թրթռումների տարածումն ուսումնասիրելիս հաշվի չի առնվում միջավայրի դիսկրետ (մոլեկուլային) կառուցվածքը։ Միջինը համարվում է շարունակական, այսինքն. շարունակաբար տարածվում է տարածության մեջ և ունի առաձգական հատկություններ։

Այսպիսով, առաձգական միջավայրում տեղադրված տատանվող մարմինը նրանից բոլոր ուղղություններով տարածվող թրթռումների աղբյուր է։ Միջավայրում թրթռումների տարածման գործընթացը կոչվում է ալիք.

Երբ ալիքը տարածվում է, միջավայրի մասնիկները չեն շարժվում ալիքի հետ, այլ տատանվում են իրենց հավասարակշռության դիրքերի շուրջ։ Ալիքի հետ մեկտեղ մասնիկից մասնիկ է փոխանցվում միայն թրթռումային շարժման վիճակն ու էներգիան։ Ահա թե ինչու բոլոր ալիքների հիմնական հատկությունը,անկախ դրանց բնույթից,էներգիայի փոխանցումն է՝ առանց նյութի փոխանցման։

Ալիքներ կան լայնակի (թրթռումները տեղի են ունենում տարածման ուղղությանը ուղղահայաց հարթությունում) Եվ երկայնական (Տարածման ուղղությամբ տեղի է ունենում միջավայրի մասնիկների խտացում և հազվադեպացում).

որտեղ υ-ն ալիքի տարածման արագությունն է, – ժամկետ, ν – հաճախականություն: Այստեղից ալիքի տարածման արագությունը կարելի է գտնել՝ օգտագործելով բանաձևը.

Նույն փուլում տատանվող կետերի երկրաչափական դիրքը կոչվում է ալիքի մակերեսը. Ալիքի մակերեսը կարող է գծվել ալիքի գործընթացով ծածկված տարածության ցանկացած կետով, այսինքն. Կան անսահման թվով ալիքային մակերեսներ: Ալիքի մակերեսները մնում են անշարժ (նրանք անցնում են նույն փուլում տատանվող մասնիկների հավասարակշռության դիրքով)։ Կա միայն մեկ ալիքի ճակատ, և այն անընդհատ շարժվում է:

Ալիքային մակերեսները կարող են լինել ցանկացած ձևի: Ամենապարզ դեպքերում ալիքային մակերեսները ունեն ձև Ինքնաթիռկամ ոլորտները, համապատասխանաբար, ալիքները կոչվում են հարթ կամ գնդաձեւ . Հարթ ալիքում ալիքային մակերեսները միմյանց զուգահեռ հարթությունների համակարգ են, գնդաձեւ ալիքում՝ համակենտրոն գնդերի համակարգ։

Կրկնվող շարժումները կամ վիճակի փոփոխությունները կոչվում են տատանումներ (փոփոխական էլեկտրական հոսանք, ճոճանակի շարժում, սրտի աշխատանք և այլն)։ Բոլոր թրթռումները, անկախ դրանց բնույթից, ունեն որոշ ընդհանուր սկզբունքներ։ Տատանումները միջավայրում տարածվում են ալիքների տեսքով։ Այս գլուխը քննարկում է մեխանիկական թրթռումները և ալիքները:

7.1. ներդաշնակ թրթռումներ

Ի թիվս տարբեր տեսակներթրթռումները ամենապարզ ձևն են ներդաշնակ տատանումդրանք. մեկը, որտեղ տատանվող մեծությունը փոխվում է՝ կախված ժամանակից՝ սինուսի կամ կոսինուսի օրենքի համաձայն։

Եկեք, օրինակ, զանգվածով նյութական կետ Տկախվել է զսպանակի վրա (նկ. 7.1, ա): Այս դիրքում առաձգական F 1 ուժը հավասարակշռում է ծանրության ուժը մգ.Եթե ​​դուք գարունը քաշեք հեռավորության վրա X(նկ. 7.1, բ), ապա շարունակեք նյութական կետկգործի մեծ առաձգական ուժ: Առաձգական ուժի փոփոխությունը, ըստ Հուկի օրենքի, համաչափ է զսպանակի երկարության կամ տեղաշարժի փոփոխությանը. Xմիավորներ:

F = -kh,(7.1)

Որտեղ Դեպի- գարնանային կոշտություն; Մինուս նշանը ցույց է տալիս, որ ուժը միշտ ուղղված է հավասարակշռության դիրքի վրա. Ֆ< 0 ժամը X> 0, F> 0 ժամը X< 0.

Մեկ այլ օրինակ.

Մաթեմատիկական ճոճանակն իր հավասարակշռության դիրքից թեքված է α փոքր անկյան տակ (նկ. 7.2): Այնուհետև ճոճանակի հետագիծը կարելի է համարել առանցքի հետ համընկնող ուղիղ գիծ Օհ.Այս դեպքում մոտավոր հավասարությունը

Որտեղ X- նյութական կետի տեղաշարժը հավասարակշռության դիրքի նկատմամբ. լ- ճոճանակի թելի երկարությունը.

Նյութական կետի վրա (տես նկ. 7.2) ազդում է թելի լարման ուժը F H և ձգողական ուժը: մգ.Դրանց արդյունքը հավասար է.

Համեմատելով (7.2) և (7.1)՝ մենք տեսնում ենք, որ այս օրինակում ստացվող ուժը նման է առաձգականին, քանի որ այն համաչափ է նյութական կետի տեղաշարժին և ուղղված է դեպի հավասարակշռության դիրքը։ Այդպիսի ուժերը, որոնք իրենց բնույթով ոչ առաձգական են, բայց հատկություններով նման են առաձգական մարմինների աննշան դեֆորմացիաների ժամանակ առաջացող ուժերին, կոչվում են քվազիառաձգական։

Այսպիսով, աղբյուրի (աղբյուրի ճոճանակի) կամ թելի (մաթեմատիկական ճոճանակի) վրա կախված նյութական կետը կատարում է ներդաշնակ տատանումներ։

7.2. ՎԻԲՐԱՑԻՈՆ ՇԱՐԺՄԱՆ ԿԻՆԵՏԻԿ ԵՎ ՊՈՏԵՆՑԻԱԼ ԷՆԵՐԳԻԱ

Տատանվող նյութական կետի կինետիկ էներգիան կարելի է հաշվարկել հետևյալով հայտնի բանաձեւ, օգտագործելով արտահայտությունը (7.10):

7.3. ՀԱՐՄՈՆԻԿ ՏԱՐՏՐԱՑՈՒՄՆԵՐԻ ՀԱՎԵԼՈՒՄ

Նյութական կետը կարող է միաժամանակ մասնակցել մի քանի տատանումների: Այս դեպքում ստացված շարժման հավասարումն ու հետագիծը գտնելու համար պետք է ավելացնել տատանումները։ Հավելումը կատարելու ամենահեշտ ձևն է ներդաշնակ թրթռումներ.

Դիտարկենք նման երկու խնդիր.

Հարմոնիկ տատանումների ավելացում՝ ուղղված մեկ ուղիղ գծով:

Թող նյութական կետը միաժամանակ մասնակցի մեկ գծի երկայնքով տեղի ունեցող երկու տատանումների: Վերլուծականորեն նման տատանումները արտահայտվում են հետևյալ հավասարումներով.

դրանք. ստացված տատանումների ամպլիտուդը հավասար է բաղադրիչի տատանումների ամպլիտուդների գումարին, եթե տարբերությունը. նախնական փուլերըհավասար է π զույգ թվին (նկ. 7.8, ա);

դրանք. ստացված տատանումների ամպլիտուդը հավասար է բաղադրիչի տատանումների ամպլիտուդների տարբերությանը, եթե սկզբնական փուլերի տարբերությունը հավասար է π կենտ թվի (նկ. 7.8, բ): Մասնավորապես, A 1 = A 2-ի համար մենք ունենք A = 0, այսինքն. չկա թրթռում (նկ. 7.8, գ):

Սա միանգամայն ակնհայտ է. եթե նյութական կետը միաժամանակ մասնակցում է երկու տատանումների, որոնք ունեն նույն ամպլիտուդը և տեղի են ունենում հակաֆազում, ապա կետը անշարժ է: Եթե ​​ավելացված տատանումների հաճախականությունները նույնը չեն, ապա բարդ տատանումն այլևս ներդաշնակ չի լինի։

Հետաքրքիր դեպք է, երբ տատանումների բաղադրիչների հաճախականությունները քիչ են տարբերվում միմյանցից՝ ω 01 և ω 02.

Ստացված տատանումը նման է ներդաշնակին, բայց դանդաղ փոփոխվող ամպլիտուդով (ամպլիտուդի մոդուլյացիա)։ Նման տատանումները կոչվում են ծեծում է(նկ. 7.9):

Փոխադարձ ուղղահայաց ներդաշնակ տատանումների գումարում:Թող նյութական կետը միաժամանակ մասնակցի երկու տատանումների. մեկն ուղղված է առանցքի երկայնքով: Օհ,մյուսը - առանցքի երկայնքով OY.Տատանումները տրվում են հետևյալ հավասարումներով.

Հավասարումներով (7.25) նշվում է նյութական կետի հետագիծը պարամետրային տեսքով: Եթե ​​փոխարինենք այս հավասարումներով տարբեր իմաստներ տ,կարող եք որոշել կոորդինատները XԵվ y,իսկ կոորդինատների բազմությունը հետագիծն է։

Այսպիսով, նույն հաճախականության երկու փոխադարձ ուղղահայաց ներդաշնակ տատանումների միաժամանակյա մասնակցությամբ նյութական կետը շարժվում է էլիպսաձեւ ճանապարհով (նկ. 7.10):

Որոշ հատուկ դեպքեր հետևում են արտահայտությունից (7.26).

7.4. ՀԱՄԱԼԻՐ Տատանում. ԲԱՐԴ թրթռման ներդաշնակ սպեկտրը

Ինչպես երևում է 7.3-ից, թրթռումների ավելացումը հանգեցնում է թրթռման ավելի բարդ ռեժիմների: Գործնական նպատակների համար անհրաժեշտ է հակառակ գործողությունը. բարդ թրթիռի տարրալուծումը պարզ, սովորաբար ներդաշնակ թրթռումների:

Ֆուրիեն ցույց տվեց, որ ցանկացած բարդության պարբերական ֆունկցիա կարող է ներկայացվել որպես ներդաշնակ ֆունկցիաների գումար, որոնց հաճախականությունները բազմապատիկ են բարդ պարբերական ֆունկցիայի հաճախականությանը։ Պարբերական ֆունկցիայի այս տարրալուծումը ներդաշնակների և, հետևաբար, տարբեր պարբերական պրոցեսների (մեխանիկական, էլեկտրական և այլն) տարրալուծումը հարմոնիկ թրթիռների կոչվում է ներդաշնակ վերլուծություն։ Կան մաթեմատիկական արտահայտություններ, որոնք թույլ են տալիս գտնել ներդաշնակ ֆունկցիաների բաղադրիչները։ Թրթռումների ավտոմատ ներդաշնակ վերլուծություն, այդ թվում՝ բժշկական նպատակներով, իրականացվում է հատուկ սարքերով. անալիզատորներ.

Հարմոնիկ տատանումների բազմությունը, որի մեջ քայքայվում է բարդ տատանումները, կոչվում է բարդ թրթռումների ներդաշնակ սպեկտր:

Հարմոնիկ սպեկտրը հարմար է պատկերացնել որպես առանձին ներդաշնակությունների հաճախականությունների (կամ շրջանաձև հաճախությունների) մի շարք՝ դրանց համապատասխան ամպլիտուդներով։ Այս ներկայացումը առավել հստակ է արվում գրաֆիկական ձևով: Որպես օրինակ Նկ. 7.14, և ներկայացված են բարդ տատանումների գրաֆիկները (կոր 4) և դրա բաղկացուցիչ ներդաշնակ թրթռումները (կորեր 1, 2 և 3); Նկ. Նկար 7.14b-ում ներկայացված է այս օրինակին համապատասխան ներդաշնակ սպեկտրը:

Բրինձ. 7.14, բ

Հարմոնիկ վերլուծությունը թույլ է տալիս բավական մանրամասն նկարագրել և վերլուծել ցանկացած բարդ տատանողական գործընթաց: Այն կիրառություն է գտնում ակուստիկայի, ռադիոտեխնիկայի, էլեկտրոնիկայի և գիտության և տեխնիկայի այլ ոլորտներում:

7.5. ԽՈՆԱՑՎԱԾ Տատանումներ

Հարմոնիկ թրթռումները ուսումնասիրելիս հաշվի չեն առնվել շփման և դիմադրության ուժերը, որոնք առկա են իրական համակարգերում։ Այս ուժերի գործողությունը զգալիորեն փոխում է շարժման բնույթը, տատանումը դառնում է մարում.

Եթե ​​համակարգում, բացի քվազի-առաձգական ուժից, կան միջավայրի դիմադրողական ուժեր (շփման ուժեր), ապա Նյուտոնի երկրորդ օրենքը կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

Որոշվում է տատանումների ամպլիտուդի նվազման արագությունը թուլացման գործակիցը:որքան մեծ է β, այնքան ավելի ուժեղ է միջավայրի արգելակող ազդեցությունը և այնքան արագ է նվազում ամպլիտուդը: Գործնականում, սակայն, հաճախ բնութագրվում է թուլացման աստիճանը լոգարիթմական թուլացման նվազում,նշանակում է արժեք, որը հավասար է տատանումների երկու հաջորդական ամպլիտուդների հարաբերակցության բնական լոգարիթմին, որոնք բաժանված են տատանումների ժամանակաշրջանին հավասար ժամանակային միջակայքով.

Ուժեղ խոնավացումով (β 2 >>ω 2 0) բանաձևը (7.36) ցույց է տալիս, որ տատանման ժամանակաշրջանը երևակայական մեծություն է։ Շարժումն այս դեպքում արդեն կոչվում է պարբերական 1.Հնարավոր պարբերական շարժումները ներկայացված են գծապատկերների տեսքով Նկ. 7.16. Այս դեպքը վերաբերում է էլեկտրական երևույթներավելի մանրամասն քննարկվել է Գլ. 18.

Չխոնավ (տես 7.1) և խոնավացած տատանումները կոչվում են սեփական կամ անվճար Դրանք առաջանում են սկզբնական տեղաշարժի կամ սկզբնական արագության արդյունքում և առաջանում են արտաքին ազդեցության բացակայության դեպքում՝ ի սկզբանե կուտակված էներգիայի պատճառով։

7.6. ՀԱՐԿԱԴՐՎԱԾ թրթռումներ. ՌԵԶՈՆԱՆՍ

Հարկադիր թրթռումներ կոչվում են տատանումներ, որոնք տեղի են ունենում մասնակցությամբ համակարգում արտաքին ուժ, տատանվում է ըստ պարբերական օրենքի։

Ենթադրենք, որ նյութական կետի վրա, բացի քվազի-առաձգական ուժից և շփման ուժից, գործում է արտաքին շարժիչ ուժ.

1 Նկատի ունեցեք, որ եթե որոշ ֆիզիկական քանակությունընդունում է երևակայական իմաստներ, ապա դա նշանակում է ինչ-որ անսովորություն, համապատասխան երևույթի արտասովորություն։ Դիտարկված օրինակում արտառոցն այն է, որ գործընթացը դադարում է պարբերական լինելուց։

(7.43)-ից պարզ է դառնում, որ դիմադրության բացակայության դեպքում (β=0) ռեզոնանսում հարկադիր տատանումների ամպլիտուդը անսահման մեծ է։ Ավելին, (7.42)-ից հետևում է, որ ω res = ω 0 - ռեզոնանսը համակարգում առանց մարման տեղի է ունենում, երբ շարժիչ ուժի հաճախականությունը համընկնում է բնական տատանումների հաճախականության հետ: Հարկադիր տատանումների ամպլիտուդության գրաֆիկական կախվածությունը շարժիչ ուժի շրջանաձև հաճախականությունից՝ խոնավացման գործակցի տարբեր արժեքների համար ներկայացված է Նկ. 7.18.

Մեխանիկական ռեզոնանսը կարող է լինել և՛ օգտակար, և՛ վնասակար: Ռեզոնանսի վնասակար ազդեցությունը հիմնականում պայմանավորված է այն ոչնչացմամբ, որը կարող է առաջացնել: Այսպիսով, տեխնոլոգիայի մեջ, հաշվի առնելով տարբեր թրթռումները, անհրաժեշտ է ապահովել ռեզոնանսային պայմանների հնարավոր առաջացումը, հակառակ դեպքում կարող են լինել ավերածություններ և աղետներ։ Մարմինները սովորաբար ունենում են մի քանի բնական թրթռման հաճախականություններ և, համապատասխանաբար, մի քանի ռեզոնանսային հաճախականություններ։

Եթե ​​մարդու ներքին օրգանների թուլացման գործակիցը փոքր էր, ապա արտաքին թրթիռների կամ ձայնային ալիքների ազդեցության տակ այդ օրգաններում առաջացած ռեզոնանսային երեւույթները կարող էին հանգեցնել ողբերգական հետեւանքների՝ օրգանների պատռում, կապանների վնասում և այլն։ Այնուամենայնիվ, նման երևույթները գործնականում չեն նկատվում չափավոր արտաքին ազդեցության տակ, քանի որ կենսաբանական համակարգերի թուլացման գործակիցը բավականին մեծ է: Այնուամենայնիվ, արտաքին մեխանիկական թրթռումների ազդեցության տակ ռեզոնանսային երևույթներ են տեղի ունենում ներքին օրգաններ. Սա, ըստ երեւույթին, մարդու մարմնի վրա ինֆրաձայնային թրթռումների և թրթռումների բացասական ազդեցության պատճառներից մեկն է (տես 8.7 և 8.8):

7.7. ԻՆՔՆԱՍԻԼԱՑԻԱՆԵՐ

Ինչպես ցույց է տրված 7.6-ում, տատանումները համակարգում կարող են պահպանվել նույնիսկ դիմադրության ուժերի առկայության դեպքում, եթե համակարգը պարբերաբար ենթարկվում է արտաքին ազդեցության (հարկադիր տատանումներ): Այս արտաքին ազդեցությունը կախված չէ բուն տատանվող համակարգից, մինչդեռ հարկադիր տատանումների ամպլիտուդն ու հաճախականությունը կախված է այս արտաքին ազդեցությունից։

Այնուամենայնիվ, կան նաև տատանողական համակարգեր, որոնք իրենք են կարգավորում վատնված էներգիայի պարբերական համալրումը և, հետևաբար, կարող են տատանվել երկար ժամանակ:

Չխաթարված տատանումները, որոնք գոյություն ունեն ցանկացած համակարգում փոփոխական արտաքին ազդեցության բացակայության դեպքում, կոչվում են ինքնատատանումներ, իսկ ինքնին համակարգերը՝ ինքնատատանողական։

Ինքնատատանումների ամպլիտուդը և հաճախականությունը կախված են ինքնին տատանվող համակարգի հատկություններից, ի տարբերություն հարկադիր տատանումների, դրանք չեն որոշվում արտաքին ազդեցություններով։

Շատ դեպքերում, ինքնաշարժային համակարգերը կարող են ներկայացվել երեք հիմնական տարրերով.

1) ինքնին տատանողական համակարգը.

2) էներգիայի աղբյուր.

3) բուն տատանողական համակարգի էներգիայի մատակարարման կարգավորիչը.

Տատանողական համակարգ ըստ կապուղու հետադարձ կապ(նկ. 7.19) ազդում է կարգավորիչի վրա՝ տեղեկացնելով կարգավորողին այս համակարգի վիճակի մասին:

Մեխանիկական ինքնատատանողական համակարգի դասական օրինակը ժամացույցն է, որտեղ ճոճանակը կամ հավասարակշռությունը տատանվող համակարգ է, զսպանակը կամ բարձրացված քաշը՝ էներգիայի աղբյուր, իսկ խարիսխը՝ աղբյուրից էներգիայի հոսքի կարգավորիչ։ դեպի տատանողական համակարգ։

Շատերը կենսաբանական համակարգեր(սիրտը, թոքերը և այլն) ինքնաշարժ են։ Տիպիկ օրինակէլեկտրամագնիսական ինքնաթրթռացող համակարգ՝ գեներատորներ էլեկտրամագնիսական թրթռումներ(տես գլուխ 23):

7.8. ՄԵԽԱՆԻԿԱԿԱՆ ԱԼԻՔՆԵՐԻ ՀԱՎԱՍԱՐՈՒՄԸ

Մեխանիկական ալիքը մեխանիկական խանգարում է, որը տարածվում է տարածության մեջ և կրում էներգիա։

Մեխանիկական ալիքների երկու հիմնական տեսակ կա՝ առաձգական ալիքներ՝ առաձգական դեֆորմացիաների տարածում և ալիքներ հեղուկի մակերեսին։

Էլաստիկ ալիքներն առաջանում են միջավայրի մասնիկների միջև գոյություն ունեցող կապերի պատճառով. հավասարակշռության դիրքից մեկ մասնիկի շարժումը հանգեցնում է հարևան մասնիկների շարժմանը: Այս գործընթացը տարածության մեջ տարածվում է վերջավոր արագությամբ։

Ալիքի հավասարումն արտահայտում է տեղաշարժի կախվածությունը սալիքի գործընթացին մասնակցող տատանվող կետի հավասարակշռության դիրքի և ժամանակի կոորդինատներից։

Որոշակի OX ուղղությամբ տարածվող ալիքի համար այս կախվածությունը գրվում է ընդհանուր ձևով.

Եթե սԵվ Xուղղված մեկ ուղիղ գծի երկայնքով, ապա ալիքը երկայնական,եթե դրանք փոխադարձաբար ուղղահայաց են, ապա ալիքը լայնակի

Բերենք հարթ ալիքի հավասարումը։ Թող ալիքը տարածվի առանցքի երկայնքով X(նկ. 7.20) առանց մարման այնպես, որ բոլոր կետերի տատանումների ամպլիտուդները լինեն նույնը և հավասար A-ին: Եկեք կետի տատանումը սահմանենք կոորդինատով. X= 0 (տատանումների աղբյուր) ըստ հավասարման

Մասնակի դիֆերենցիալ հավասարումների լուծումը դուրս է այս դասընթացի շրջանակներից: Լուծումներից մեկը (7.45) հայտնի է. Այնուամենայնիվ, կարևոր է նշել հետևյալը. Եթե ​​որևէ ֆիզիկական մեծության փոփոխություն՝ մեխանիկական, ջերմային, էլեկտրական, մագնիսական և այլն, համապատասխանում է (7.49) հավասարմանը, ապա դա նշանակում է, որ համապատասխան ֆիզիկական մեծությունը տարածվում է υ արագությամբ ալիքի տեսքով։

7.9. ԱԼԻՔԻ ԷՆԵՐԳԻԱՅԻ ՀՈՍՔ. ՎԵԿՏՈՐ UMOVA

Ալիքային գործընթացը կապված է էներգիայի փոխանցման հետ: Փոխանցվող էներգիայի քանակական բնութագիրը էներգիայի հոսքն է:

Ալիքային էներգիայի հոսք հարաբերակցությանը հավասարէներգիա, որը փոխանցվում է ալիքների միջոցով որոշակի մակերևույթի միջով, մինչև այն ժամանակը, որի ընթացքում այս էներգիան փոխանցվում է.

Ալիքային էներգիայի հոսքի միավորն է վտ(W): Եկեք գտնենք կապը ալիքի էներգիայի հոսքի և տատանվող կետերի էներգիայի և ալիքի տարածման արագության միջև:

Եկեք ընտրենք միջավայրի ծավալը, որում ալիքը տարածվում է ուղղանկյուն զուգահեռանիստի տեսքով (նկ. 7.21), որի խաչմերուկի մակերեսը S է, իսկ եզրի երկարությունը թվայինորեն հավասար է արագությանը։ v և համընկնում է ալիքի տարածման ուղղության հետ։ Համապատասխանաբար, 1 վրկ-ում հարթակի միջով Սէներգիան, որին տիրապետում են զուգահեռականի ծավալով տատանվող մասնիկները Սυ.Սա ալիքի էներգիայի հոսքն է.

7.10. ՇՈԿԱՅԻՆ ԱԼԻՔՆԵՐ

Մեխանիկական ալիքի սովորական օրինակներից մեկն է ձայնային ալիք(տես Գլուխ 8): Այս դեպքում առավելագույն արագությունառանձին օդի մոլեկուլի թրթռումները վայրկյանում մի քանի սանտիմետր են նույնիսկ բավականաչափ բարձր ինտենսիվության դեպքում, այսինքն. այն զգալիորեն պակաս է ալիքի արագությունից (օդում ձայնի արագությունը մոտ 300 մ/վ է)։ Սա, ինչպես ասում են, համապատասխանում է շրջակա միջավայրի փոքր անկարգություններին։

Այնուամենայնիվ, մեծ խանգարումներով (պայթյուն, մարմինների գերձայնային շարժում, հզոր էլեկտրական լիցքաթափում և այլն), միջավայրի տատանվող մասնիկների արագությունն արդեն կարող է համեմատելի դառնալ ձայնի արագության հետ, և հարվածային ալիք.

Պայթյունի ժամանակ բարձր տաքացվող արտադրանքները մեծ խտությամբ ընդլայնվում և սեղմում են շրջակա օդի շերտերը: Ժամանակի ընթացքում սեղմված օդի ծավալը մեծանում է։ Այն մակերեսը, որը բաժանում է սեղմված օդը չխախտված օդից, կոչվում է ֆիզիկայում հարվածային ալիք.Գազի խտության ցատկումը, երբ հարվածային ալիքը տարածվում է դրա միջով, սխեմատիկորեն ներկայացված է Նկ. 7.22, ա. Համեմատության համար նույն պատկերը ցույց է տալիս ձայնային ալիքի անցման ժամանակ միջավայրի խտության փոփոխությունը (նկ. 7.22, բ):

Բրինձ. 7.22

Հարվածային ալիքը կարող է զգալի էներգիա ունենալ, ուստի երբ միջուկային պայթյունմեջ հարվածային ալիքի ձևավորման համար միջավայրըսպառվում է պայթյունի էներգիայի մոտ 50%-ը։ Հետևաբար, հարվածային ալիքը, հասնելով կենսաբանական և տեխնիկական օբյեկտներին, կարող է հանգեցնել մահվան, վնասվածքների և ոչնչացման:

7.11. ԴՈՊԼԵՐԻ ԷՖԵԿՏ

Դոպլերի էֆեկտը դիտորդի (ալիքի ստացողի) կողմից ընկալվող ալիքների հաճախականության փոփոխությունն է՝ ալիքի աղբյուրի և դիտորդի հարաբերական շարժման պատճառով։

Ձեր ուշադրությանն ենք ներկայացնում տեսադաս «Թրթռումների տարածումը առաձգական միջավայրում. Երկայնական և լայնակի ալիքներ»: Այս դասում մենք կուսումնասիրենք առաձգական միջավայրում թրթռումների տարածման հետ կապված հարցեր։ Դուք կսովորեք, թե ինչ է ալիքը, ինչպես է այն հայտնվում և ինչպես է այն բնութագրվում: Եկեք ուսումնասիրենք երկայնական և լայնակի ալիքների հատկությունները և տարբերությունները:

Անցնում ենք ալիքների հետ կապված հարցերի ուսումնասիրությանը։ Եկեք խոսենք այն մասին, թե ինչ է ալիքը, ինչպես է այն հայտնվում և ինչպես է այն բնութագրվում: Պարզվում է, որ բացի տարածության նեղ հատվածում պարզապես տատանողական գործընթացից, հնարավոր է նաև, որ այդ տատանումները տարածվեն միջավայրում, հենց այս տարածումն է ալիքային շարժումը:

Եկեք անցնենք այս բաշխման քննարկմանը: Միջավայրում տատանումների գոյության հնարավորությունը քննարկելու համար պետք է որոշենք, թե ինչ է խիտ միջավայրը։ Խիտ միջավայրը այն միջավայրն է, որը բաղկացած է մեծ թվով մասնիկներից, որոնց փոխազդեցությունը շատ մոտ է առաձգականին: Պատկերացնենք հետեւյալ մտքի փորձը.

Բրինձ. 1. Մտքի փորձ

Եկեք գնդակը դնենք առաձգական միջավայրում: Գնդակը կփոքրանա, կփոքրանա չափսերով և հետո կընդլայնվի սրտի բաբախյունի պես: Ի՞նչ է դիտարկվելու այս դեպքում։ Այս դեպքում մասնիկները, որոնք հարակից են այս գնդակին, կկրկնեն նրա շարժումը, այսինքն. հեռանալ, մոտենալ - դրանով նրանք տատանվելու են: Քանի որ այս մասնիկները փոխազդում են գնդակից ավելի հեռու գտնվող այլ մասնիկների հետ, նրանք նույնպես տատանվելու են, բայց որոշակի ուշացումով: Այս գնդակին մոտ գտնվող մասնիկները թրթռում են: Դրանք կփոխանցվեն այլ մասնիկներ՝ ավելի հեռավոր։ Այսպիսով, թրթռումը կտարածվի բոլոր ուղղություններով։ Խնդրում ենք նկատի ունենալ այս դեպքումտատանման վիճակը կտարածվի։ Տատանման վիճակի այս տարածումը մենք անվանում ենք ալիք։ Կարելի է ասել, որ Ժամանակի ընթացքում առաձգական միջավայրում թրթռումների տարածման գործընթացը կոչվում է մեխանիկական ալիք:

Խնդրում ենք նկատի ունենալ. երբ մենք խոսում ենք նման տատանումների առաջացման գործընթացի մասին, պետք է ասենք, որ դրանք հնարավոր են միայն մասնիկների միջև փոխազդեցության դեպքում: Այլ կերպ ասած, ալիքը կարող է գոյություն ունենալ միայն այն դեպքում, երբ կա արտաքին անհանգստացնող ուժ և ուժեր, որոնք դիմադրում են խանգարող ուժի գործողությանը: Այս դեպքում դրանք առաձգական ուժեր են: Տարածման գործընթացը այս դեպքում կապված կլինի տվյալ միջավայրի մասնիկների փոխազդեցության խտության և ուժի հետ:

Նկատենք ևս մեկ բան. Ալիքը նյութ չի տեղափոխում. Ի վերջո, մասնիկները տատանվում են հավասարակշռության դիրքի մոտ: Բայց միևնույն ժամանակ ալիքը փոխանցում է էներգիա։ Այս փաստը կարելի է ցույց տալ ցունամիի ալիքներով: Նյութը չի տանում ալիքը, բայց ալիքն այնպիսի էներգիա է կրում, որ մեծ աղետներ է բերում։

Եկեք խոսենք ալիքների տեսակների մասին: Կան երկու տեսակ՝ երկայնական և լայնակի ալիքներ։ Ինչ է պատահել երկայնական ալիքներ? Այս ալիքները կարող են լինել բոլոր լրատվամիջոցներում: Իսկ խիտ միջավայրի ներսում պուլսացիոն գնդակի օրինակը ընդամենը երկայնական ալիքի առաջացման օրինակ է։ Նման ալիքը ժամանակի ընթացքում տարածություն է տարածության մեջ: Հենց այս խտացման և արտահոսքի փոփոխությունն է ներկայացնում երկայնական ալիք. Եվս մեկ անգամ կրկնում եմ, որ նման ալիք կարող է լինել բոլոր միջավայրերում՝ հեղուկ, պինդ, գազային։ Երկայնական ալիքն այն ալիքն է, որի տարածման պատճառով միջավայրի մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությամբ։

Բրինձ. 2. Երկայնական ալիք

Ինչ վերաբերում է լայնակի ալիքին, ապա լայնակի ալիքկարող է գոյություն ունենալ միայն պինդ մարմիններում և հեղուկների մակերեսին։ Լայնակի ալիքն այն ալիքն է, որի տարածումը հանգեցնում է նրան, որ միջավայրի մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց։

Բրինձ. 3. Լայնակի ալիք

Երկայնական և լայնակի ալիքների տարածման արագությունը տարբեր է, բայց սա հետևյալ դասերի թեման է։

Լրացուցիչ գրականության ցանկ.

Ծանո՞թ եք ալիք հասկացությանը: // Քվանտ. - 1985. - թիվ 6: — Էջ 32-33։ Ֆիզիկա՝ մեխանիկա. 10-րդ դասարան՝ Դասագիրք. Համար խորը ուսումնասիրությունֆիզիկոսներ / Մ.Մ. Բալաշով, Ա.Ի. Գոմոնովա, Ա.Բ. Դոլիցկին և այլք; Էդ. Գ.Յա. Մյակիշևա. - M.: Bustard, 2002. Ֆիզիկայի տարրական դասագիրք: Էդ. Գ.Ս. Լանդսբերգ. T. 3. - M., 1974: