Билет № 12

1. Вынужденные колебания. Резонанс в механической колебательной системе. Учет и использование механического резонанса.

Свободные механические колебания всегда колебания затухающие, т. е. амплитуда таких колебаний с течением времени уменьшается. При любом механическом движении тел часть энергии переходит во внутреннюю энергию в результате взаимодействия движущегося тела с окружающими телами. Колебания, амплитуда которых уменьшается, не могут найти практического применения. Постоянную амплитуду имеют вынужденные колебания и автоколебания.

Вынужденные колебания - это колебания под действием внешних периодически изменяющихся сил. Вынужденные колебания совершают поршень в цилиндре двигателя автомобиля, игла швейной машины, резец строгального станка. Амплитуда вынужденных колебаний определяется амплитудой действующей силы и потерями энергии в колебательной системе. Период вынужденных колебаний равен периоду внешней силы.

Амплитуда установившихся вынужденных колебаний зависит также от частоты изменения вынуждающей силы. Максимального значения амплитуда вынужденных колебаний достигает при частоте ω примерно равной собственной частоте ω₀ колебаний системы. Явление резкого возрастания амплитуды установившихся вынужденных колебаний до максимального значения при приближении частоты изменения внешней силы к частоте свободных колебаний системы называется резонансом.

Явление резонанса может быть причиной разрушения машин, мостов, зданий и других сооружений, если собственные частоты их колебаний совпадут с частотой периодически действующей силы. Конструкторы самолетов, ракет, мостов, зданий и других строений должны знать, какая собственная частота конструируемых ими машин и сооружений, чтобы исключить возможность воздействия на них периодических внешних сил с частотой, близкой к частоте собственных колебаний.

2. Электронно-дырочный переход и его свойства. Полупроводниковые приборы и их применение.

Если привести в контакт два полупроводника с различными типами проводимости, то начнется встречное диффундирование электронов и дырок. Электроны проводимости из полупроводника n-типа будут переходить в полупроводник р-типа, а дырки из полупроводника р-типа в полупроводник n-типа. Поэтому процесс в контактном слое полупроводников разных типов называется р-n переходом или электронно-дырочным переходом. В результате встречного диффундирования электронов и дырок полупроводник n-типа получит положительный заряд, а полупроводник р- типа отрицательный. В контактном слое возникает электрическое поле ( контактная разность потенциалов), препятствующее дальнейшей диффузии электронов и дырок.

Если соединить полупроводник n-типа с отрицательным полюсом источника тока, а р- типа- с положительным полюсом, то электрическое поле источника скомпенсирует поле контактного слоя, и диффундирование электронов и дырок через контактный слой будет происходить непрерывно. Через контакт возникает электрический ток, называемый прямым током р-n перехода.

Если полупроводник n- типа соединить с положительным полюсом источника тока, а р- типа с отрицательным полюсом источника тока, то поле источника будет совпадать с полем контактного слоя. Сопротивление контактного слоя будет очень большим и ток через него практически не пойдет (слабый обратный ток р-n перехода создается неосновными носителями заряда ).

Таким образом, контактный слой двух полупроводников различных типов обладает односторонней проводимостью.

Полупроводниковый прибор на основе одного р-n называют полупроводниковым диодом. Диод используется для выпрямления переменного тока.

Полупроводниковый прибор на основе двух р-n называют полупроводниковым триодом или транзистором. Транзисторы делятся на р-n-р и n –р-n. Средняя более узкая область транзистора называется базой, она делит кристалл на две области с одинаковой проводимостью, называемые эмиттер и коллектор. Транзисторы используются для получения и усиления электрических колебаний высокой частоты. В технике также находят широкое применение полупроводниковые терморезисторы, т.е. резисторы, сопротивление которых зависит от температуры. Они являются частью термореле. Сопротивление полупроводников зависит от освещенности, приборы, в которых используется эта зависимость называются фоторезисторами. Фоторезисторы являются датчиками в фотореле и различных устройствах автоматики.

Все полупроводниковые приборы очень компактные, обладают достаточно большой механической прочностью, надежны в работе, требуют меньших затрат энергии. Для некоторых полупроводниковых приборов их чувствительность к колебаниям температур является их недостатком.

3. Задача.

Дописать ядерную реакцию:

а)

Билет № 13

1. Механические волны. Продольные и поперечные волны. Длина волны.

Колебания, возбужденные в какой либо точке среды ( твердой, жидкой или газообразной), распространяются в ней с конечной скоростью, зависящей от свойств среды, передаваясь от одной точки среды к другой. Процесс распространения колебаний в сплошной среде называется волновым процессом или волной. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия, Вместе с волной от частицы к частице среды передается лишь состояние колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества.

Механическими волнами называются механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Упругие волны бывают продольные и поперечные. В продольных волнах частицы среды колеблются в направлении распространения волны, а в поперечных – в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны.

Продольные волны могут возбуждаться в средах, в которых возникают упругие силы при деформациях сжатия и растяжения. Примером продольной волны служат звуковые волны. Поперечные волны могут возбуждаться в среде, в которой возникают упругие силы при деформации сдвига. В жидкостях и газах возникают только продольные волны, а в твердых телах и продольные и поперечные. Скорость распространения механических волн зависит от свойств среды (модуля упругости и плотности) , Е- модуль упругости, - плотность вещества.

Упругая волна называется гармонической, если соответствующие ей колебания частиц среды являются гармоническими.

Расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной волны-λ. Длина волны равна расстоянию, на которое распространяется волна ( определенная фаза колебания ) за один период, т. е. λ= , или, учитывая, что Т·ν=1, где ν- частота колебаний, . График волны показывает зависимость смещения всех частиц среды от расстояния до источника колебаний в данный момент времени, а график колебаний – зависимость смещения данной частицы от времени.