Күнүмдүк турмушта адам дайыма термелүү кыймылынын көрүнүштөрүнө туш болот. Бул сааттагы маятниктин термелүүсү, автомобиль пружиналары жана бүт машинанын термелүүсү. Жер титирөө да жер кыртышынын термелүүсүнөн башка эч нерсе эмес. Катуу шамалдан көп кабаттуу үйлөр да солкулдап турат. Келгиле, физика бул кубулушту кантип түшүндүрөрүн түшүнүүгө аракет кылалы.
Маятник термелүүчү система катары
Термелүү кыймылдын эң айкын мисалы – дубал саатынын маятниги. Маятниктин сол жактагы эң бийик чекиттен оң жактагы эң бийик чекитке өтүшү анын толук өзгөрүшү деп аталат. Ушундай толук термелүүнүн периоду периметр деп аталат. Термелүү жыштыгы – секундасына термелүүлөрдүн саны.
Термелүүлөрдү изилдөө үчүн жипке кичинекей металл шарды илип жасалган жөнөкөй жип маятниги колдонулат. Эгер шарды материалдык чекит деп элестетсек, жиптин абсолюттук учурда массасы жокийкемдүүлүк менен сүрүлүүнүн жоктугунан сиз теориялык, математикалык маятник деп аталган нерсени аласыз.
Мындай "идеалдуу" маятниктин термелүү мезгили төмөнкү формула менен эсептелсе болот:
T=2π √ л / г, бул жерде l - маятниктин узундугу, g - эркин түшүү ылдамдыгы.
Формула маятниктин термелүү мезгили анын массасына көз каранды эместигин жана тең салмактуулук абалынан четтөө бурчун эсепке албаганын көрсөтөт.
Энергиянын трансформациясы
Маятниктин кыймылынын механизми кандай, эгер кандайдыр бир сүрүлүү жана каршылык күчтөр болбосо, белгилүү бир мөөнөт менен чексиздикке чейин кайталанат?
Маятник ага берилген энергиядан улам термелип баштайт. Учурда маятник вертикалдык абалдан алынганда, биз ага белгилүү бир потенциалдык энергияны беребиз. Маятник жогорку чекитинен баштапкы абалына өткөндө потенциалдык энергия кинетикалык энергияга айланат. Бул учурда маятниктин ылдамдыгы эң чоң болуп калат, анткени ылдамданууну берүүчү күч азаят. Баштапкы абалда маятниктин ылдамдыгы эң чоң болгондуктан, ал токтобойт, бирок инерция боюнча тегерек доосу боюнча ал түшкөн бийиктикке так ошондой бийиктикке чейин жылат. Термелүү кыймылда энергия потенциалдан кинетикага ушундайча айланат.
Маятниктин бийиктиги анын түшүү бийиктигине барабар. Галилео мындай жыйынтыкка кийин анын ысымы менен аталган маятник менен эксперимент жүргүзүп жатып келген.
Маятниктин селкинчеги энергиянын сакталуу мыйзамынын талашсыз мисалы. Жана алар гармониялык термелүүлөр деп аталат.
Синус толкун жана фаза
Гармоникалык термелүү кыймыл деген эмне. Мындай кыймылдын принцибин көрүү үчүн төмөнкү экспериментти жүргүзсөңүз болот. Биз кайчылаш тилкеге кум салынган воронканы илип коёбуз. Анын астына биз воронканын термелүүсүнө перпендикуляр жылдырылышы мүмкүн болгон кагаз баракты салабыз. Воронканы кыймылга келтирип, биз кагазды жылдырабыз.
Натыйжа кумга жазылган толкундуу сызык - синусоид. Синус мыйзамына ылайык пайда болгон бул термелүүлөр синусоидалдык же гармоникалык деп аталат. Мындай термелүүлөр менен кыймылды мүнөздөгөн бардык чоңдук синус же косинус мыйзамына ылайык өзгөрөт.
Картондо пайда болгон синусоидди карап чыгып, кум анын ар кандай калыңдыктагы ар кандай бөлүктөрүндөгү кум катмары экенин белгилей кетүү керек: синусоиддин үстү жагында же ойдуңунда ал эң жыш үйүлгөн. Бул бул чекиттерде маятниктин ылдамдыгы эң кичине, тагыраак айтканда, маятник өзүнүн кыймылын өзгөрткөн чекиттерде нөлгө барабар болгонун көрсөтүп турат.
Термелүүлөрдү изилдөөдө фаза түшүнүгү чоң роль ойнойт. Орус тилине которгондо бул сөз «көрүнүү» дегенди билдирет. Физикада фаза - мезгилдүү процесстин белгилүү бир стадиясы, башкача айтканда, маятник учурда жайгашкан синусоиддеги жер.
Боштондуктар
Эгер термелүүчү системага кыймыл берилип, анан токтоп калсакандайдыр бир күчтөрдүн жана энергиялардын таасири болсо, анда мындай системанын термелүүсү эркин деп аталат. Өзүнө калтырылган маятниктин термелүүлөрү акырындап өчө баштайт, амплитудасы азаят. Маятниктин кыймылы өзгөрүлмө гана эмес (төмөндө ылдамыраак жана жогоруда жайыраак), бирок бир калыпта өзгөрүлбөйт.
Гармоникалык термелүүлөрдө маятниктин ылдамдыгын берүүчү күч тең салмактуулук чекитинен четтөөнүн көлөмү азайган сайын алсызыраак болот. Күч менен ийилген аралыктын ортосунда пропорционалдуу байланыш бар. Ошондуктан мындай термелүүлөр гармоникалык деп аталат, мында тең салмактуулук чекитинен четтөө бурчу он градустан ашпайт.
Мажбурланган кыймыл жана резонанс
Инженердик практикада колдонуу үчүн термелүүлөрдүн чирип, термелүүчү системага тышкы күч берүүсүнө жол берилбейт. Эгерде термелүү кыймылы сырткы таасир астында жүрсө, анда ал аргасыз деп аталат. Мажбур термелүүлөр тышкы таасир аларды орноткон жыштык менен пайда болот. Иштеп жаткан тышкы күчтүн жыштыгы маятниктин табигый термелүү жыштыгы менен дал келиши же дал келбеши мүмкүн. Дал келген учурда термелүүлөрдүн амплитудасы көбөйөт. Мындай өсүштүн мисалы катары, кыймыл учурунда аларга ылдамдык берип, алардын өз кыймылынын ритмине тийип, жогору көтөрүлө турган селкинчек болот.
Физикада бул кубулуш резонанс деп аталат жана практикалык колдонуу үчүн чоң мааниге ээ. Мисалы, радиокабылдагычты керектүү толкунга тууралоодо ал тиешелүү радиостанция менен резонанска келтирилет. Резонанстын көрүнүшү да терс кесепеттерге алып келет,имараттардын жана көпүрөлөрдүн бузулушуна алып келет.
Өзүн-өзү жетиштүү системалар
Мажбур жана эркин термелүүлөрдөн тышкары, өз алдынча термелүүлөр да бар. Алар өзгөрүлмө күчкө эмес, туруктуу күчкө дуушар болгондо термелүү системанын жыштыгы менен пайда болот. Өзүн-өзү термелүүлөргө мисал катары саатты айтсак болот, анда маятниктин кыймылы пружинаны бошотуп же жүктү түшүрүү менен камсыз кылынат жана сакталат. Скрипкада ойногондо кылдардын табигый термелүүсү жаа таасиринен келип чыккан күч менен дал келип, белгилүү бир тоналдык үн чыгат.
Термелүүчү системалар ар түрдүү, аларда болуп жаткан процесстерди практикалык эксперименттерде изилдөө кызыктуу жана мазмундуу. Термелүү кыймылды күнүмдүк турмушта, илимде жана техникада практикалык колдонуу ар түрдүү жана зарыл: селкинчектен ракета кыймылдаткычтарын чыгарууга чейин.
