Ֆիզիկայի մեջ կան տարբեր տեսակի տատանումներ, որոնք բնութագրվում են որոշակի պարամետրերով։ Դիտարկենք դրանց հիմնական տարբերությունները, դասակարգումը ըստ տարբեր գործոնների։
Հիմնական սահմանումներ
Տատանումների տակ հասկացվում է մի գործընթաց, որի ժամանակ կանոնավոր պարբերականությամբ շարժման հիմնական բնութագրերն ունեն նույն արժեքները:
Պարբերական տատանումներ են այն տատանումները, որոնցում հիմնական մեծությունների արժեքները կրկնվում են կանոնավոր ընդմիջումներով (տատանումների ժամանակաշրջան):
Տատանողական գործընթացների տարատեսակներ
Դիտարկենք տատանումների հիմնական տեսակները, որոնք գոյություն ունեն հիմնարար ֆիզիկայում:
Անվճար թրթռումներ են դրանք, որոնք տեղի են ունենում համակարգում, որը չի ենթարկվում արտաքին փոփոխական ազդեցությունների սկզբնական ցնցումից հետո:
Ազատ տատանումների օրինակ է մաթեմատիկական ճոճանակը:
Այն տեսակի մեխանիկական թրթռումները, որոնք տեղի են ունենում համակարգում արտաքին փոփոխական ուժի ազդեցության տակ:
Դասակարգման առանձնահատկությունները
Ֆիզիկական բնույթով առանձնանում են տատանողական շարժումների հետևյալ տեսակները՝
- մեխանիկական;
- ջերմային;
- էլեկտրամագնիսական;
- խառը.
Ըստ շրջակա միջավայրի հետ փոխազդեցության տարբերակի
Շրջակա միջավայրի հետ փոխազդեցության տատանումների տեսակները բաժանվում են մի քանի խմբերի:
Համակարգում արտաքին պարբերական գործողության ազդեցության տակ հայտնվում են հարկադիր տատանումներ։ Որպես այս տեսակի տատանումների օրինակ՝ մենք կարող ենք դիտարկել ձեռքերի շարժումը, տերևները ծառերի վրա։
Հարկադիր ներդաշնակ տատանումների դեպքում կարող է առաջանալ ռեզոնանս, որի դեպքում արտաքին ազդեցության հաճախականության և տատանվողի հավասար արժեքներով՝ ամպլիտուդի կտրուկ աճով։
Սեփական թրթռումները համակարգում ներքին ուժերի ազդեցության տակ այն հավասարակշռությունից դուրս գալուց հետո: Ազատ թրթռումների ամենապարզ տարբերակը բեռի շարժումն է, որը կախված է թելի վրա կամ ամրացված է զսպանակին:
Ինքնա-տատանումները տեսակներ են, որոնց դեպքում համակարգն ունի որոշակի քանակությամբ պոտենցիալ էներգիա, որն օգտագործվում է տատանումներ կատարելու համար: Նրանց տարբերակիչ առանձնահատկությունն այն է, որ ամպլիտուդը բնութագրվում է բուն համակարգի հատկություններով, այլ ոչ թե սկզբնական պայմաններով:
Պատահական տատանումների դեպքում արտաքին բեռնվածքն ունի պատահական արժեք:
Տատանողական շարժումների հիմնական պարամետրեր
Թրթռման բոլոր եղանակներն ունեն որոշակի բնութագրեր, որոնք պետք է առանձին նշել:
Աամպլիտուդան հավասարակշռության դիրքից առավելագույն շեղումն է, տատանվող արժեքի շեղումը, այն չափվում է մետրերով:
ժամանակաշրջանը մեկ ամբողջ թափով անցնելու ժամանակն էորը կրկնում է համակարգի բնութագրերը, հաշվարկվում է վայրկյաններով:
Հաճախականությունը որոշվում է ժամանակի միավորի տատանումների քանակով, այն հակադարձ համեմատական է տատանումների ժամանակաշրջանին։
Տատանումների փուլը բնութագրում է համակարգի վիճակը:
Հարմոնիկ տատանումների բնութագիրը
Տատանումների նման տեսակներ տեղի են ունենում ըստ կոսինուսի կամ սինուսի օրենքի: Ֆուրիեին հաջողվեց հաստատել, որ ցանկացած պարբերական տատանում կարող է ներկայացվել որպես ներդաշնակ փոփոխությունների գումար՝ ընդլայնելով որոշակի ֆունկցիա Ֆուրիեի շարքի մեջ։
Որպես օրինակ, դիտարկեք ճոճանակը որոշակի շրջանով և ցիկլային հաճախականությամբ:
Ի՞նչն է բնութագրում այս տեսակի տատանումները: Ֆիզիկան մաթեմատիկական ճոճանակը համարում է իդեալականացված համակարգ, որը կազմված է նյութական կետից, որը կախված է անկշռելի անառողջ թելի վրա, տատանվում է գրավիտացիայի ազդեցության տակ։
Նման տեսակի թրթռումներն ունեն որոշակի քանակությամբ էներգիա, դրանք տարածված են բնության և տեխնիկայի մեջ։
Երկարատև տատանողական շարժումով փոխվում է նրա զանգվածի կենտրոնի կոորդինատը, իսկ փոփոխական հոսանքի դեպքում՝ շղթայում հոսանքի և լարման արժեքը։
Ֆիզիկական բնույթով գոյություն ունեն ներդաշնակ տատանումների տարբեր տեսակներ՝ էլեկտրամագնիսական, մեխանիկական և այլն:
Մեքենայի ցնցումը, որը շարժվում է խորդուբորդ ճանապարհով, գործում է որպես հարկադիր տատանում:
Հարկադիր և անվճար հիմնական տարբերություններըտատանումներ
Այս տեսակի էլեկտրամագնիսական տատանումները տարբերվում են ֆիզիկական բնութագրերով: Միջին դիմադրության և շփման ուժերի առկայությունը հանգեցնում է ազատ տատանումների թուլացմանը: Հարկադիր տատանումների դեպքում էներգիայի կորուստները փոխհատուցվում են արտաքին աղբյուրից դրա լրացուցիչ մատակարարմամբ։
Զսպանակային ճոճանակի ժամանակաշրջանը կապված է մարմնի զանգվածի և զսպանակի կոշտության հետ: Մաթեմատիկական ճոճանակի դեպքում դա կախված է թելի երկարությունից։
Հայտնի ժամանակաշրջանով կարող եք հաշվարկել տատանողական համակարգի բնական հաճախականությունը:
Տեխնոլոգիաներում և բնության մեջ կան տարբեր հաճախականության արժեքներով տատանումներ։ Օրինակ, ճոճանակը, որը տատանվում է Սանկտ Պետերբուրգի Սուրբ Իսահակի տաճարում, ունի 0,05 Հց հաճախականություն, մինչդեռ ատոմների համար այն մի քանի միլիոն մեգահերց է։
Որոշակի ժամանակ անց նկատվում է ազատ տատանումների մարում։ Այդ իսկ պատճառով իրական պրակտիկայում կիրառվում են հարկադիր տատանումները։ Նրանք պահանջարկ ունեն տարբեր վիբրացիոն մեքենաներում: Թրթռիչ մուրճը հարվածային թրթռումային մեքենա է, որը նախատեսված է խողովակները, կույտերը և այլ մետաղական կառույցները գետնին քշելու համար:
Էլեկտրամագնիսական տատանումներ
Տատանումների եղանակների բնութագրումը ներառում է հիմնական ֆիզիկական պարամետրերի վերլուծություն՝ լիցք, լարում, հոսանքի ուժ։ Որպես տարրական համակարգ, որն օգտագործվում է էլեկտրամագնիսական տատանումները դիտարկելու համար, տատանողական շղթա է։ Այն ձևավորվում է կծիկ և կոնդենսատոր իրար հաջորդաբար միացնելով։
Երբ շղթան փակ է, ազատ էլեկտրամագնիսականտատանումներ՝ կապված կոնդենսատորի էլեկտրական լիցքի պարբերական փոփոխությունների և կծիկի հոսանքի հետ։
Անվճար են այն պատճառով, որ երբ դրանք կատարվում են արտաքին ազդեցություն չի լինում, այլ օգտագործվում է միայն բուն շղթայում կուտակված էներգիան։
Եթե կծիկի դիմադրությունը համարենք զրո, և տատանման ժամանակաշրջանը վերցնենք որպես T, ապա կարող ենք դիտարկել համակարգի կողմից կատարված մեկ ամբողջական տատանում:
Արտաքին ազդեցության բացակայության դեպքում որոշակի ժամանակ անց նկատվում է էլեկտրամագնիսական տատանումների մարում։ Այս երեւույթի պատճառը կլինի կոնդենսատորի աստիճանական լիցքաթափումը, ինչպես նաև այն դիմադրությունը, որն իրականում ունի կծիկը։
Ահա թե ինչու իրական շղթայում տեղի են ունենում խոնավացված տատանումներ: Կոնդենսատորի լիցքավորման նվազեցումը հանգեցնում է էներգիայի արժեքի նվազմանը իր սկզբնական արժեքի համեմատ: Աստիճանաբար այն որպես ջերմություն կթողարկվի միացնող լարերի և կծիկի վրա, կոնդենսատորն ամբողջությամբ կլիցքաթափվի, և էլեկտրամագնիսական տատանումը կավարտվի։
Գիտության և տեխնիկայի տատանումների կարևորությունը
Ցանկացած շարժում, որն ունի որոշակի աստիճանի կրկնություն, տատանումներ են: Օրինակ՝ մաթեմատիկական ճոճանակը բնութագրվում է սկզբնական ուղղահայաց դիրքից երկու ուղղություններով համակարգված շեղումով։
Զսպանակային ճոճանակի համար մեկ ամբողջական ճոճանակը համապատասխանում է սկզբնական դիրքից վերև վար շարժմանը:
Էլեկտրական շղթայում, որն ունի հզորություն և ինդուկտիվություն, կա լիցքավորման կրկնությունկոնդենսատորի թիթեղներ: Ո՞րն է տատանողական շարժումների պատճառը: Ճոճանակը գործում է շնորհիվ այն բանի, որ ձգողականությունը ստիպում է նրան վերադառնալ իր սկզբնական դիրքին: Զսպանակային մոդելի դեպքում նմանատիպ ֆունկցիա է կատարում զսպանակի առաձգական ուժը։ Անցնելով հավասարակշռության դիրքը՝ բեռն ունի որոշակի արագություն, հետևաբար իներցիայով այն անցնում է միջին վիճակից։
Էլեկտրական տատանումները կարելի է բացատրել լիցքավորված կոնդենսատորի թիթեղների միջև առկա պոտենցիալ տարբերությամբ: Նույնիսկ երբ այն ամբողջությամբ լիցքաթափվում է, հոսանքը չի անհետանում, այն լիցքավորվում է։
Ժամանակակից տեխնոլոգիան օգտագործում է տատանումներ, որոնք էապես տարբերվում են իրենց բնույթով, կրկնության աստիճանով, բնույթով, ինչպես նաև արտաքին տեսքի «մեխանիզմով»:
Մեխանիկական թրթռումները կատարվում են երաժշտական գործիքների լարերի, ծովային ալիքների, ճոճանակի միջոցով։ Քիմիական տատանումները, որոնք կապված են ռեակտիվների կոնցենտրացիայի փոփոխության հետ, հաշվի են առնվում տարբեր փոխազդեցություններ իրականացնելիս:
Էլեկտրամագնիսական տատանումները թույլ են տալիս ստեղծել տարբեր տեխնիկական սարքեր, ինչպիսիք են հեռախոսները, ուլտրաձայնային բժշկական սարքերը:
Ցեֆեիդների պայծառության տատանումները առանձնահատուկ հետաքրքրություն են ներկայացնում աստղաֆիզիկայի մեջ, և տարբեր երկրների գիտնականները ուսումնասիրում են դրանք:
Եզրակացություն
Բոլոր տեսակի տատանումները սերտորեն կապված են հսկայական թվով տեխնիկական գործընթացների և ֆիզիկական երևույթների հետ: Դրանց գործնական նշանակությունը մեծ է ավիաշինության, նավաշինության, բնակելի համալիրների կառուցման, էլեկտրատեխնիկայի, ռադիոէլեկտրոնիկայի, բժշկության, հիմնարար գիտության ոլորտներում։ Տիպիկ տատանողական գործընթացի օրինակֆիզիոլոգիան նպաստում է սրտի մկանների շարժմանը: Մեխանիկական թրթռումները հանդիպում են օրգանական և անօրգանական քիմիայի, օդերևութաբանության և շատ այլ բնական գիտությունների մեջ:
Մաթեմատիկական ճոճանակի առաջին ուսումնասիրությունները կատարվել են տասնյոթերորդ դարում, իսկ տասնիններորդ դարի վերջում գիտնականները կարողացան հաստատել էլեկտրամագնիսական տատանումների բնույթը։ Ռուս գիտնական Ալեքսանդր Պոպովը, ով համարվում է ռադիոկապի «հայրը», իր փորձերն իրականացրել է հենց էլեկտրամագնիսական տատանումների տեսության, Թոմսոնի, Հյուգենսի և Ռեյլի հետազոտության արդյունքների հիման վրա։ Նրան հաջողվել է գործնական կիրառություն գտնել էլեկտրամագնիսական տատանումների համար, օգտագործել դրանք ռադիոազդանշանը մեծ հեռավորության վրա փոխանցելու համար։
Ակադեմիկոս Պ. Ն. Լեբեդևը երկար տարիներ փորձեր է անցկացրել՝ կապված փոփոխական էլեկտրական դաշտերի օգտագործմամբ բարձր հաճախականության էլեկտրամագնիսական տատանումների արտադրության հետ: Տարբեր տեսակի թրթռումների հետ կապված բազմաթիվ փորձերի շնորհիվ գիտնականներին հաջողվել է գտնել ժամանակակից գիտության և տեխնոլոգիայի մեջ դրանց օպտիմալ օգտագործման տարածքներ։
