Р Ответы по физике на летнюю сессию.

1)Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях. Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре.

Ответ: Электромагнитные колебания- это периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения.

Свободными колебаниями называет колебания в системе, которые возникают после выведения ее положения равновесия.

Вынужденными колебаниями называются колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.

Простейшая система, в которой происходить свободные электромагнитные колебания, состоит из конденсатора и катушки, присоединенной к его обкладкам (Рис 25)

При разрядке конденсатора энергия электрического поля уменьшается, но одновременно растет энергия магнитного поля тока, которая вычисляется по формуле: где i – сила переменного тока; L – индуктивность катушки. Полная энергия электромагнитного поля равна: ; Когда конденсатор полностью разрядится, то Wэл=0. На основании закона сохранения энергии, в это время Wмаг=max и I = max.

К этому моменту U = 0; но прекращению электрического тока препятствует самоиндукция, вихревое электрическое поле поддерживает ток.

Пока сила тока, постепенно уменьшаясь, не станет равной нулю, конденсатор будет перезаряжаться. Если бы в цепи не было сопротивления, то процесс продолжался бы соль угодно долго. Колебания были бы незатухающими.

2)Гармонические колебания. Амплитуда колебаний. Решение уравнения, описывающего свободные колебания. Период и частота гармонических колебаний. Формула Томсона. Затухающие колебания.

Ответ: Гармонические колебания- периодические изменения физической величины в зависимости от времени, происходящие по закону синуса и косинуса.

Вторая производная синуса или косинуса пропорционально равна самим функциям, взятым с противоположным знаком.

Амплитудой гармонических колебаний называется модуль наибольшего значения колеблющейся величины.

Уравнение, описывающее свободные электромагнитные колебания имеет вид

Минимальный промежуток времени Т, через который процесс полностью повторяется, называется периодом колебаний. Зная период можно определить частоту, т. е. число колебаний за единицу времени:

Через промежуток времени, равный периоду Т, т. е. при увеличении аргумента косинуса на , значение заряда косинуса повторяется и косинус принимает прежнее значение, но из курса математики известно, что наименьший период косинуса 2 . следовательно: , Таким образом , величина - число колебаний за 2 с. Она называется циклической или круговой частотой.

Формула Томсона

Свободные колебания заряда и тока из-за энергетических потерь в действительности никогда не будут гармоническими. они затухают. Чем больше сопротивление R контура, тем больше период колебаний

3)Фаза колебаний. Представление гармонических колебаний с помощью косинуса и синуса. Сдвиг фаз. Гармонические колебания силы тока.

Ответ: Величину , стоящую под знаком косинуса или синуса, называется фазой колебаний, описываемых этими функциями. Выражается фаза в угловых единица- радианах.

Синус отличается косинуса сдвигом на четверть периода, т.е. на : , поэтому вместо формулы можно для описания гармонических колебаний использовать формулу

Разность фаз или как обычно говорят сдвиг фаз, этих колебаний составляет . на рисунке 32 показаны графики зависимости заряда от времени для двух гармонических колебаний, сдвинутых на . График 1 соответствует колебаниям, совершающимся по синусоидальному закону: . График 2 соответствует колебаниям, совершающимся по косинусоидальному закону:

При гармонических колебаниях заряда тока также совершает гармонические колебания: , Где - амплитуда колебаний силы тока. Колебания силы тока опережают по фазе на колебания заряда (рис 33)