Коливні процеси, їх фізичні характеристики. Коливні процеси в біологічних системах.
Коливаннями називаються процеси, які періодично повторюються. Такі властивості мають, наприклад, коливання маятника годинника, коливання струни, напруга між обкладками конденсатора в контурі радіоприймача тощо.
В залежності від природи повторюваності є такі коливання: механічні, електромагнітні, електромеханічні та ін.
Характер зовнішньої дії на коливну систему розділяє коливання на такі види: вільні (або власні) коливання, вимушені коливання, автоколивання і параметричні коливання.
Вільними, або власними, коливаннями називаються такі коливання, які проходять в системі, коли вона виведена з положення рівноваги. Прикладом таких коливань є коливання кульки, підвішеної на нитці (маятник).
Вимушеними коливаннями називаються такі коливання, коли коливна система піддається дії зовнішньої періодичної змінної сили. Прикладом таких коливань служать коливання мосту, які виникають при проходженні на ньому людей, які йдуть в ногу.
Автоколивання, як вимушені коливання, виникають під дією зовнішніх сил, але моменти часу, коли передаються ці дії, задаються самою коливною системою. Прикладом автоколивної системи є годинник, в якому маятник одержує поштовхи за рахунок енергії піднятої гирі, або закрученої пружини, причому ці поштовхи відбуваються в моменти, коли маятник проходить через середнє положення.
При параметричних коливаннях, за рахунок зовнішньої дії, відбувається періодична зміна будь-якого параметра системи, наприк¬лад, довжини нитки, на якій підвішена кулька, що здійснює коливання.
Найпростішими є гармонічні коливання, при яких коливна величина (наприклад, відхилення маятника) відбувається за законами синуса або косинуса.
Швидкість згасання коливань визначається величиною , яку називають коефіцієнтом згасання.
Механічні коливання і хвилі. Біоакустика
Механічні коливання, що відбуваються під дією сили, пропорційної зміщенню і напрямленої до положення рівноваги, називаються гармонічними коливаннями.
Оскільки всередині коливальної системи завжди присутня сила тертя, то гармонічні коливання будуть затухати і з часом зовсім зникнуть. При невеликих швидкостях руху можна вважати, що сила тертя пропорційна швидкості руху тіла
Коливанням, які виникають в системі при дії зовнішньої сили, що змінюється за періодичним законом, називаються вимушеними коливаннями.При дії зовнішніх механічних коливань, резонансні коливання відбуваються і у внутрішніх органах. У цьому, очевидно, одна з причин негативного впливу інфразвукових коливань і вібрацій на організм людини. Походження пульсових хвиль пов’язане з реакцією пружніх стінок судини на пульсуючий плин крові, що виникає при періодичній роботі серця.
Вільні гармонічні коливання. Графік. Рівняння.
Гармонічними коливаннями називаються періодичні коливання фізичної величини, які відбуваються згідно із законом
де — це фізична величина, що коливається, — час, — це найбільше значення, яке приймає величина під час коливань, яке називають амплітудою коливань, — циклічна частота коливань, — фаза коливань.
гармонічні коливання – коливання, при яких значення фізичної величини змінюється з часом за законом косинуса (синуса).
Характеристики коливань:
- період коливань, мінімальний
відрізок часу, за який відбувається
повторення.
- частота коливань, число
коливань за 1 секунду.
- циклічна частота, число
коливань за
секунд.
Гармонічніколиваннядеякоїфізичноївеличинихописуються таким рівнянням
(1)
де А-максимальнезначенняколивноївеличиниx,
яке називаєтьсяамплітудоюколивань;
-
колова, абоциклічна частота; φ - початкова
фаза коливань для моменту часу t = 0;
-
фаза коливань для довільного моменту
часу t. Так як косинус змінюється в
межах від +1 до -1, то хможенабуватизначеньвід+А
до -А.