- •4.3.1. Диамагнетики
- •4.3.2. Парамагнетики
- •4.4. Ферромагнетики. Природа ферромагнетизма
- •Намагничивание ферромагнетика. Этапы намагничивания
- •4.6. Явление гистерезиса
- •4.7. Граничные условия для векторов в и н
- •5. Электромагнитная индукция
- •5.1. Явление электромагнитной индукции
- •5.2. Природа электромагнитной индукции
- •5.3. Явление самоиндукции
- •5.4. Взаимная индукция
- •5.5. Ток смещения
- •5.6. Уравнение Максвелла для циркуляции вектора н
- •5.7. Уравнение Максвелла для циркуляции вектора е
- •5.8. Энергия магнитного поля
- •6. Гармонические Колебания
- •Гармонические колебания. Параметры гармонических колебаний
- •6.2. Формы представления гармонических колебаний
- •6.3. Сложение гармонических колебаний
- •6.3.1. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний с равными частотами
- •6.3.2. Сложение одинаково направленных колебаний с разными частотами. Биения
- •6.3.3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •Гармонический осциллятор
- •6.4.1. Пружинный маятник
- •6.4.2. Математический маятник
- •6.4.3. Колебательный контур
- •6.5. Энергия гармонического осциллятора
- •7. Затухающие колебания
- •7.1. Затухающие колебания пружинного маятника
- •7.2. Затухающие колебания в колебательном контуре
- •7.3. Характеристики затухающих колебаний
- •7.4. Критическое затухание
7.3. Характеристики затухающих колебаний
Из решения дифференциального уравнения видно, что амплитуда затухающих колебаний уменьшается с течением времени по закону . Чем больше коэффициент, тем быстрее уменьшается амплитуда колебаний. Поэтому его называют коэффициентом затухания.
Поскольку , постольку колебания затухают тем быстрее, чем больше коэффициент тренияr и чем меньше масса колеблющегося груза m.
Этот вывод достаточно легко понять – чем больше трение, которое препятствует всякому движению, тем быстрее пре-кратится колебательное движение реального осциллятора. Умень-шение массы означает, что уменьшается запас кинетической энергии осциллятора и поэтому при равном трении энергия будет быстрее израсходована на его преодоление.
Если обозначить символом время, за которое амплитуда колебаний уменьшится в е раз, то , т. е. = 1 и .
Таким образом, есть величина, обратная времени, за которое амплитуда уменьшается в е раз.
Время называют временем релаксации
В качестве характеристики затухания колебаний используется также логарифмический декремент затухания
,
где A(t) – амплитуда колебания в некоторый моментt; A(t+ T) – амплитуда колебания через один период затухающего колебания.
Из последнего соотношения следует, что = T.
Целесообразность использования такой характеристики видна из следующего.
Поскольку = T, а = 1/, постольку . НоТ – это время, за которое совершается одно колебание, а – время, за которое произойдёт, в общем случае, несколько колебаний*.
Тогда
,
где Nе – число колебаний, в ходе которых амплитуда уменьшится в е раз.
Таким образом, и являются характеристиками затухания, дополняющими друг друга: показывает, как быстро затухают колебания, но при этом не содержит информации о количестве колебаний; же показывает, за сколько колебаний амплитуда уменьшится в е раз, но ничего не говорит о времени, за которое произойдёт это уменьшение.
Из решения дифференциального уравнения также следует, что частота затухающих колебаний меньше частоты колебаний идеального маятника о: .
Циклические частоты и о соотносятся следующим образом. Допустим, маятник совершает затухающие колебания с частотой ; если избавиться от трения, он будет совершать гармонические колебания с частотой о.
Поскольку , гдеr – коэффициент трения, с ростом трения частота затухающих колебаний уменьшается.
Колебания, совершаемые пружинным маятником с трением, не являются гармоническими.
____________________________
* В ходе этих колебаний амплитуда как раз и уменьшится в е раз.
Они также не являются и периодическими. Однако в физике принято использовать так называемый период затухающих колебаний ; при этом подТ подразумевают время, за которое совершается одно колебание.
7.4. Критическое затухание
На качественной основе в разд. 7 было показано, что при достаточно большом трении колебания станут невозможны. Выведенная из положения равновесия колебательная система просто вернётся в него.
В этом случае решение диффе-ренциального уравнения принимает такой вид:
,
т. е. х от времени зависит экс-поненциально, колебаний нет. Система, которую вывели из положения равновесия, действительно постепенно возвращается в него (см. рисунок).
Затухание, при котором , называюткритическим. При таком (и большем) затухании колебания в системе невозможны.