XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Место колебательных процессов в науке и технике. Большинство наблюдаемых в природе и технике процессов являются колебательными. К колебательным процессам относятся самые разнообразные явления от ритмов головного мозга и биения сердца до колебаний звезд, туманностей и других космических объектов от колебаний атомов или молекул в твердом теле до климатических изменений на Земле, от вибраций звучащей струны до землетрясений. Все акустические явления и явления, связанные с распространением электромагнитных волн, также сопровождаются колебательными процессами [1].

Колебаниями называются движения или процессы, которые обладают определенной повторяемостью во времени. Система, совершающая колебания, называется колебательной системой . Например, качание маятника часов, колебания струны или ножек камертона, напряжение между обкладками конденсатора и т.п. [2]

Колебания могут быть разной природы. В физике рассматриваются механические, электромагнитные и электромеханические колебания [2].

В зависимости от характера воздействия на колеблющуюся систему различают:

1.. Свободные (или собственные) колебания [2]. Свободными или собственными называются такие колебания, которые происходят в системе, предоставленной самой себе после того, как ей был сообщен толчок или она была выведена из положения равновесия. Примером могут служить колебания шарика, подвешенного на нити (маятник) [2].

Для того чтобы вызвать колебания, можно либо толкнуть шарик, либо, отведя в сторону, отпустить его [2].

2. Вынужденные колебания.Вынужденными называются такие колебания, в процессе которых колеблющаяся система подвергается воздействию внешней периодически изменяющейся силы. Примером служат колебания моста, возникающие при прохождении по нему людей, шагающих в ногу [2].

3. Автоколебания, как и вынужденные колебания, сопровождаются воздействием на колеблющуюся систему внешней силы, однако моменты времени, когда осуществляются эти воздействия, задаются самой колеблющейся системой — система сама управляет внешним воздействием. Примером автоколебательной системы являются часы, в которых маятник получает толчки за счет энергии поднятой гири или закрученной пружины, причем эти толчки происходят в моменты прохождения маятника через среднее положение [2].

Самым простым колебательным движением тела является гармоническое колебание. Гармоническим называют колебание, в процессе которого величины, характеризующие движение (смещение, скорость, ускорение и др.), изменяются по закону синуса или косинуса (гармоническому закону). В общем виде этот закон задается формулой Рис.1.1. [3].

а

Рис 1.1 а) Гармонический закон, где где x(t) — значение изменяющейся величины в момент времени t, А — амплитуда колебаний, ω — циклическая (круговая) частота колебаний, φ 0 — начальная фаза колебаний.

Гармонические колебания являются периодическими. Период  этих колебаний равен периоду функции а) Рис 1.2, то есть б) Рис 1.2 [3]

б)

а)
Рис 1.2 а)Функция периода б) Формула периода

Колебания - один из самых распространенных процессов в науке. Например можно использовать в виде вибрации при литье. Для получения чугунного литья высокого качества иногда бывает целесообразно применять вибрирование расплавленного чугуна с целью удаления вредных газов и шлака. Ковш с расплавленным чугуном помещают на специальную виброплатформу, приводимую в колебательное движение с помощью вибраторов.

Вибрация ковша, а следовательно, и находящегося в нем жидкого чугуна способствует выделению имеющихся в чугуне газов, а также всплытию более легких веществ, представляющих собой шлаковые включения, которые затем могут быть удалены с поверхности ковша. Отлитые детали из очищенного таким образом чугуна получаются более высокого качества, как с точки зрения меньшего ослабления пузырями, так и с точки зрения уменьшения шлаковых включений, которые ухудшают качество чугунного литья [4].

Для сортировки сыпучих материалов. В ряде отраслей техники находят широкое применение сортировочные машины и устройства, основанные на использовании колебательных движений. Таковы молотилки, веялки и другие сельскохозяйственные машины, применяемые для сортировки зерна. Сита веялок и молотилок, на которые попадает зерно, подлежащее сортировке, совершают вынужденные боковые или продольные колебания, обеспечивающие возвратно-поступательное движение зерна по рабочей поверхности сита и вследствие этого сортировку зерна. Эти колебания, как правило, вызываются действием кривошипно-шатунных механизмов [4].

Еще используется в маятнике ,который двигается за счет колебаний. Например Маятник Фуко Для определения времени маятник Фуко используется независимо от любого другого устройства. Обычно он состоит из большого металлического шара, соединенного с длинным кабелем. Чтобы маятник мог свободно качаться в любой вертикальной плоскости, трос должен быть подвешен на потолке с удобной точки. Когда мяч выпущен безопасно, он раскачивается вперед и назад, но со временем вращение Земли изменяет направление качания [5].

Список литературы

1. [Электронный ресурс]. URL: https://mash-xxl.info/info/750683/ (стр.15) (дата обращения: 20.12.2022).

2. [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/3208202/ (стр 1) (дата обращения: 20.12.2022).

3. [Электронный ресурс]. URL: https://foxford.ru/wiki/fizika/garmonicheskie-kolebaniya (стр 1) (дата обращения: 20.12.2022).

4. [Электронный ресурс]. URL: https://studbooks.net/2183466/matematika_himiya_fizika/ispolzovanie_kolebaniy_tehnike (дата обращения: 20.12.2022).

5. [Электронный ресурс]. URL: https://obrazovanie-gid.ru/soobscheniya/soobschenie-mayatniki-v-bytu-v-prirode-v-tehnike.html (дата обращения: 20.12.2022).