§ 15. Коливальний рух

Простими формами механічного руху, як ми з’ясували, вважають поступальний та обертальний рухи. Ще однією формою простого руху є коливальний рух.

Коливання
Характеристики коливань
Роль коливальних процесів

Коливання. Коливальний рух або просто коливання - найпоширеніша форма руху в навколишньому світі й техніці (рис. 2.37). Коливаються дерева під дією вітру, поршні у двигуні автомобіля тощо. Ми можемо розмовляти й чути звуки завдяки коливанням голосових зв’язок, повітря і барабанних перетинок.

Світло - це також коливання, але електромагнітні. За допомогою електромагнітних коливань, які поширюються у просторі, відбувається радіозв’язок, радіолокація, телебачення.

Рис. 2.37. Коливальні процеси

Рис. 2.38. Коливальні рухи

Механічні коливання - такий рух, під час якого положення і швидкість руху тіла (точки) повторюються через певні інтервали часу.

Розглянуті нами у попередньому параграфі обертові рухи також є періодичними. На відміну від обертових рухів, які мають для кожної точки колові траєкторії, під час коливальних рухів точка чи тіло рухаються в протилежних напрямах по одній і тій самій траєкторії (рис. 2.38).

У коливальному русі точка (тіло) проходить усі точки траєкторії руху (окрім двох крайніх) двічі - один раз в одному напрямі, другий - у зворотному.

Розглянемо пружину, один кінець якої прикріплено до стіни, а на іншому закріплено тягарець (рис. 2.39, а). Якщо відхилити тягарець вліво і тим самим стискати пружину (рис. 2.39, б), а потім відпустити тягарець, то він почне рухатись вправо під дією сили пружності. Але він не зупиняється у положенні рівноваги, а проходить далі (рис. 2.39, в). При цьому пружина розтягується і змушує тягарець рухатись вліво (рис. 2.39, г). Пружина знову стискається і тягарець повертається у крайнє ліве положення (рис. 2.39, д), здійснивши одне повне коливання.

Рис. 2.39. Коливання тягарця на пружині

Характеристики коливань.

Амплітуда коливань - максимальне відхилення тіла від положення рівноваги (рис. 2.39, б, г).

Позначається амплітуда великою латинською літерою А. Одиниця амплітуди в СІ - метр.

[А] = м.

Значення амплітуди залежить тільки від того, на яку відстань тіло було відведене від положення рівноваги перед початком коливань.

Період позначається великою латинською літерою Т. Одиниця періоду коливань - секунда.

[T] = c.

Частота позначається малою грецькою літерою v. Одиниця частоти коливань - герц.

[v] = Гц.

Ця одиниця називається на честь німецького фізика Генріха Герца, який 1884 року експериментально довів існування електромагнітних хвиль.

Роль коливальних процесів. Коливальні процеси відіграють важливу роль у житті людини. Знання законів, за якими відбуваються коливання, стало підґрунтям для створення і розвитку сучасних засобів зв’язку, багатьох пристроїв і машин, музичних інструментів (рис. 2.40).

Рис. 2.40. Коливання камертона (а), струни (б), металевої пластинки (в)

Разом із тим, коливання можуть бути як корисними, так і завдавати шкоди спорудам, механізмам і здоров’ю людини. Наприклад, хвилі на поверхні води у річках і морях спричиняють розгойдування суден, що своєю чергою впливає на міцність конструкцій. Коливання, що виникають у будинках і мостах, стають іноді причиною їх руйнування (рис. 2.41). Це спонукає до подальшого вивчення та врахування механічних коливань і хвиль у різних галузях діяльності людини.

Рис. 2.41. Шкідливий вплив коливань

Головне у цьому параграфі

Механічні коливання - це такий рух, під час якого положення і швидкість руху тіла (точки) повторюються через певні інтервали часу.

Запитання для самоперевірки

1. Наведіть приклади коливань. Які з них є механічними?
2. Що таке амплітуда механічних коливань?
3. Що таке період і частота коливань, який взаємозв’язок між ними?
4. Із наведених прикладів вкажіть рух, який є коливальним: а) рух молекул повітря; б) рух кінця хвилинної стрілки; в) рух людини на гойдалці; г) рух Землі навколо Сонця.

Зміст