явище резонансу
Демонстрація згасаючих і вимушених
При вивченні механічного резонансу в курсі загальної фізики використовуються демонстраційні досліди, суть яких полягає, як правило, в спостереженні вимушених коливань пружинного Маят-ника. Однак, отримати стійкі коливання такого маятника в ін-Терес інтервалі частот досить важко. Неможливо, зокрема, т-ти, досить чітко показати зміна фазових співвідношень між-ду змушує силою і зміщенням маятника при проходженні че-рез резонанс.
Для демонстрації властивостей механічної коливальної систе-ми можна використовувати нескладну установку (рис 2). Пружна сталь-ва лінійка 1 затиснута на одному кінці в тримачі 2. З протилежного боку лінійки приклеєний невеликий керамічний магніт 3. Вимушені коливання вільного кінця лінійки збуджуються за допомогою елек-тромагніта 4, підключеного до генератора звукової частоти 5. Ін-дікація коливань лінійки здійснюється за допомогою пучка лазер-ного випромінювання, що відбивається від дзеркальця 7, приклеєного до лінійки. Для порівняння фази коливань з фазою змушує сили в установці проводиться сканування лазерного пучка в горизон-тальної площини з частотою і фазою змушує сили. Це ска-вання здійснюється за допомогою спеціального дефлектора. От-ража дзеркальце 8 в ньому приклеєне еластичним клеєм через ліг-кі дерев'яні брусочки з одного кінця до нерухомого обода диф-фузора електродинамічного гучномовця 9, а з іншого - не-посередньо до дифузора. При підключенні гучномовця до генератора послідовно з котушкою електромагніту коливання дифузора, що відбуваються з частотою і фазою змушує сили, перетворюються в гармонійні повороти дзеркальця 8. Пучок світла послідовно відбивається від дзеркал 7 і 8 і падає на віддалений екран з вертикальною шкалою. Коливання лінійки викликають руху-ня світлової плями на екрані по вертикалі, повороти дзеркальця 8 - по горизонталі. В результаті на екрані утворюється еліпс, Орієнтир-ція осей якого залежить від співвідношення фаз в коливаннях лінійки і змушує сили. Загасання в коливальній системі регулюючи-ться зануренням штирі 10, приклеєного до лінійки, в кювету 11 з водою.
Демонстраційний експеримент починається з показу резонанс-них властивостей коливальної системи. Перебудовою генератора изме-вується частота змушує сили; на деякій частоті wp ампли-туди коливань різко зростає. Ширина резонансної лінії визна-виділяється як різниця між частотами w1> wp і w2 Потім зануренням штирі 10 в воду знижується добротність коливальної системи. Показується, що це призводить до зниження резонансної частоти, зменшення амплітуди коливань і розширені-нию резонансної лінії. При демонстрації перехідних процесів звертається увага на те, що при зростанні опору сере-ди не тільки згасання, а й наростання коливань в системі від-ходять швидше. Для дослідження фазових співвідношень між змушує силою і деформацією лінійки в ланцюг генератора послідовно з котушкою електромагніту вмикається гучномовець 9. У цьому випадку промінь лазера робить додаткові коливання в горизон-тальної площини з частотою і фазою змушує сили. При нас-трійці на резонанс світлову пляму на екрані описує еліпс. Одна його вісь розташована горизонтально, інша - вертикально. Це відпо-ветствует різниці фаз j між змушує силою і зміщенням, рівній p / 2. При зниженні частоти коливань в межах резонанс-ної лінії вісь еліпса відхиляється від вертикалі, що відповідає 0 Вимушені коливання і резонанс широко використовуються в техніці, особливо в акустиці, електротехніці, радіотехніці та інших областях. Явище резонансу використовується в тих випадках, коли з великого набору коливань різної частоти хочуть виділити колеба-ня цілком певної частоти. Резонанс використовується і при вимірюванні дуже слабких періодично повторюваних величин. Однак в ряді випадків резонанс - небажане явище, тому що може привести до великих деформацій і руйнування конструк-цій. Резонанс доводиться враховувати при конструюванні машин і різних споруд. Обертові частини машин, вали двигунів літаків і кораблів неможливо абсолютно точно врівноважити. В результаті вони відчувають змінне навантаження, здійснюючи вимушені коливання і викликаючи вимушені коливання всієї системи (наприклад, літака). Різні частини системи або система в цілому можуть прийти в резонанс з змушує силою, що може привести до їх руйнування або пошкодження. Тому інженери повинні так конструювати ту чи іншу установку, щоб не виникало різких резонансних явищ ні в усій установці, ні в її окремих частинах. 1. Хайкін С. Е. Фізичні основи механіки. - М., Физматгиз, 1963. 2. Александров Н.В. і Яшкін А.Я. Курс загальної фізики. Механіка. -М. "Просвіта", 1978. 3. Гершензон Е.М. Малов М.М. Курс загальної фізики: Механіка. -М., 4. Викладання фізики у вищій школі. Збірник наукових праць.Схожі статті