5. Колебания и волны

5.1. Механические колебания.

Колебаниями называют процессы, точно или приблизительно

повторяющиеся через одинаковые промежутки времени. По своему

характеру колебания подразделяют на:

5.1.1. Свободные /или собственные/.

Свободные колебания - представляют собой колебания, со-

вершаемые системами, представленными самим себе, около своего

положения равновесия. Для возбуждения собственных колебаний

требуется определенное количество энергии. Частота собственных

колебаний определяется целиком свойствами самой системы.

А.с. 245 419: Способ определения главных центральных осей

и моментов инерции геометрической фигуры, имеющей сложные

очертания, путем измерения периода колебания пластинки, данной

фигуре, отличающейся тем, что с целью повышения точности, в

ластинке просверливают три отверстия, не лежащие не на одной

прямой, протягивают через два из них нить, натягивают ее гори-

зонтально и измеряют период колебания пластинки, затем протя-

гивают нить через вторую пару отверстий и также измеряют пери-

од колебания пластинки, и по измеренным периодам колебаний

подсчитывают значения осевых и центробежных моментов инерции

относительно центральных осей инерции фигуры.

А.с. 280 014: Способ определения координат центра тяжести

механической системы, заключающейся в том, что к системе поо-

чередно прикладывают движущие моменты, и по величине этих мо-

ментов в зависимости от веса системы определяют координаты ее

центра тяжести, отличающийся тем, что с целью повышения точ-

ности измерения при ограниченных углах поворота системы, дви-

жущие моменты, прикладываемые к системе, изменяют по гармони-

ческому закону, с постоянной амплитудой на двух различных по

частоте колебаний режимах, измеряют движущие моменты при про-

хождении системой нулевого положения и некоторого произвольно-

го выбранного другого положения, отличного от нулевого, и по

величине этих моментов в зависимости от частоты колебания сис-

темы и ее веса определяют координаты центра тяжести.

А.с. 288 383: Способ измерения натяжения движущейся маг-

нитной ленты в лентопротяжных механизмах по частоте ее колеба-

ний, отличающийся тем, что с целью повышения точности,

регистрируют крутильные колебания ленты вокруг ее продольной

оси, и по частотному спектру колебаний определяют среднюю ве-

личину натяжения ленты.

Свободные колебания из-за непрерывного расхода энергии на

преодоление сил трения, всегда являются затухающими. Скорость

затухания определяется характеристиками среды, в которой про-

исходят колебания.

А.с. 246 101: Способ измерения массового расхода жидкос-

тей и газов путем сообщения колебаний участку трубопровода со

средой, отличающийся тем, что с целью повышения точности изме-

рения, участку трубопровода сообщают периодические колебания и

измеряют время затухания свободных колебаний участка трубопро-

вода между двумя фиксированными уровнями колебаний, обратно

пропорциональное количеству прошедшей за это время среды.

А.с. 274 276: Способ измерения давления, воспринимаемого

индикатором в виде кварцевой пластинки отличающийся тем, что с

целью повышения чувствительности и надежности измерения, ука-

занную пластинку приводят в резонансное колебание и по измене-

ниям ее импеданса и декремента затухания судят о воспринятых

ее давлениях.

А.с. 348945: Способ определения содержания в яйце плотной

жидкой фракци, отличающийся тем, что с целью сохранения плот-

ности яйца и сокращения продолжительности проведения процесса,

содержания плотной жидкой фракции в яйце определяют по числу

колебаний его содержимого путем воздействияна яйцо маятниковых

маятниковых колебаний до заданной амплитуды затухания и после-

дующего пересчета полученного числа колебаний по предваритель-

но построенной калибровочной кривой на содержание плотной и

жидкой фракции яйца.

5.1.2. В ы н у ж д е н н ы е колебания совершаются под

действием внешней периодической /или почти периодической/ си-

лы, например, колебания мембраны микрофона, барабанной пере-

понки уха, ударного элемента отбойных молотков, пластины маг-

нитострикционного преобразователя ультразвуковых агрегатов.

Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающей силы,

а амплитуда колебаний зависит от свойств системы.

А.с. 271 868: Способ автоматического контроля начала об-

разования неразрушаемой структуры бетонной смеси при виброфор-

мировании путем фиксации момента изменения свойств бетонной

смеси, отличающийся тем, что с целью повышения точности изме-

рения, определяют момент совпадания величин амплитуд вибрации

бетонной смеси и стола виброплощадки.

А.с. 301 551: Способ измерения массы, включающий опреде-

ление параметров колебания, отличающийся тем, что с целью точ-

ного измерения и исключения влияния внешних механических по-

мех, например, при контроле массы рыбы загружаемой в

консервную банку на плавучем рыбоконсервном заводе, на измеря-

емую упруго подвешенную массу периодически воздействует возму-

щающей силой с частотой, отличающейся от частоты помех и по

амплитуде вынужденных колебаний, возникающих при этом, судят о

величине массы.

А.с. 560 563: Способ контроля выдаиваниявымени животных

при машинном доении, включающий определение степени опорожне-

ния вымени по изменениям физических свойств его с помощью из-

вестных устройств, отличающийся тем, что с целью повышения

точности контроля, определения степени опорожнения долей выме-

ни ведут по изменению уровня и частоты акустических колебаний

возникающих в них.

Вынужденные колебания, возбуждаемые в системе внешними

силами, часто приводят к интенсификации многих, технологичес-

ких процессов.

А.с. 460 072: Способ распыления жидкостей, по которому на

распыляемую жидкость накладывают высоко частотные колебания,

отличающийся тем, что с целью повышения эффективности распыле-

ния, применяют последовательное наложение колебаний различных

частот.

А.с. 512 893: Способ электроэрозионной обработки с пода-

чей в межэлектродный зазор одновременно с рабочей жидкостью

нейтрального газа, отличающийся тем, что с целью интенсифика-

ции процесса, газ вводят в пульсирующем режиме с частотой 0,15

-0,2 Гц.

Патент США 3 467 331: Способ разматывания ленты, заключа-

ющийся в том, что участок ленты, сматывающейся с подающего ру-

лона, приводят в колебания, под действием которого преодолева-

ется сила сцепления между витками ленты подающего рулона.

Если на сверло наложить в процессе сверления

возвратопоступательные колебания, направленные вдоль его оси,

то процесс сверления намного упрощается, так как сверло мно-

гократно /с частотой колебания/ как бы возвращается в исходное

положение, поэтому его не уводит, трение уменьшается, повыша-

ется чистота поверхности сверления.

5.1.3. Особую роль в колебательных процессах играет явле-

ние р е з о н а н с а - резкого возрастания амплитуды вынуж-

денных колебаний, наступающего при приближении частот

собственных и вынужденных колебаний системы. Явление резонанса

используется для интенсификации различных технологических про-

цессов.

А.с. 119 132: Вибрационный транспортер, выполненный ввиде

желоба или трубы с размещенными вдоль них с определенным шагом

вибраторами, отличающийся тем, что с целью уменьшения коли-

чества вибраторов, приводящих транспортер, часть из них заме-

нена подпружиненными реактивными массами, настроенными в резо-

нанс со всей колеблющейся системой.

А.с. 508 543: Способ обработки металлических изделий,

включающий нагрев до температуры отпуска с одновременным при-

ложением механической вибрации, отличающийся тем, что с целью

предотвращения образования усталостных трещин и интенсификации

процесса снятия внутренних напряжений в сварных изделиях, об-

работку ведут при местном нагреве зоны сварного шва с одновре-

менной вибрацией всего изделия, осуществляемой в резонансном

режиме с частотой, соответствующей частоте при его нагреве.

А.с. 515 006: Способ сушки дисперсных материалов, напри-

мер, солода, в кипящем слое путем продувки его восходящим

пульсирующим потоком теплоносителя, отличающийся тем, что с

целью интенсификации тепломассообмена, продувку ведут в режиме

резонанса с увеличением в зависимости от влажности материала

частоты пульсаций потока теплоносителя, например, для солода

от 6 до 14 Гц., и поддержанием ее средней частоте собственных

колебаний плотности кипящего слоя, и для измерения каких-либо

характеристик системы.

А.с. 175 265: Резонасный датчик уровня сжижения газов,

содержащий колебательный контур, выполненный ввиде стержней с

укрепленными токопроводящими элементами, отличающийся тем, что

с целью повышения точности измерения, стержни настроены на

различные резонансные частоты и расположены относительно друг

друга на расстоянии, позволяющем образовать электрическую ем-

кость, достаточную для возбуждения одного из стержней.

А.с. 271 051: Способ измерения массы вещества в резервуа-

ре, например, жидкого, отличающийся тем, что с целью повышения

точности и надежности измерения возбуждают механические резо-

нансные колебания системы резервуар - вещество, измеряют их

частоту, по величине которой судят о массе вещества.

А.с. 275 514: Способ определения химической стойкости по-

ристого материала к воздействию агреесивных сред, отличающийся

тем, что с целью повышения точности определения, образец под-

вергают воздействию механических колебаний, замеряют резонанс-

ную частоту его собственных колебаний, затем помещают в агрес-

сивную средуи выдерживают необходимое время, зависящее от

материала образца, после чего извлекают, промывают, сушат,

снова подвергают воздействию механических колебаний с замером

резонансной частоты собственных колебаний, и, по изменению уп-

ругих свойств, например, модуля упругости, вычисленного на ос-

новании замеренных величин резонансной частоты собственных ко-

лебаний образца, определяют его химическую стойкость.

А.с. 509 798: Способ испытания конструкций без разрушения

материалов, заключающийся в том, что в элементе конструкции

возбуждают колебания на его собственной частоте и увеличивают

эту частоту при определении усилий, отличающийся тем, что с

целью повышения точности, длину колеблющейся части элемента

ограничивают положением дополнительных механических связей,

после чего измеряют собственную частоту элемента под этой наг-

рузкой, и, сравнивая эти частоты, судят о величине начальных

усилий.

А.с. 519 239: Способ обнаружения налипания металлов в ка-

либрах валков чистовой клети при прокатке, например, арматур-

ной стали, включающей измерения амплитудно частотных характе-

ристик процесса и сравнения их с эталонными, отличающийся тем,

что с целью упрощения и повышения надености способа, контроли-

руют колебания раската в вертикальной плоскости на выходе из

чистовой клети, из сп выделяют составляющую колебаний полосы с

частотой вращения валка и судят о налипании металла по

трех-четырех кратному увеличению амплитуды выделенной состав-

ляющей колебаний.

5.1.4. А в т о к о л е б а н и я - незатухающие колеба-

ния, которые осуществляются в неконсервативной системе при от-

сутствии переменного внешнего воздействия /за счет внутреннего

источника энергии/, причем амплитуда и период этих колебаний

определяются свойствамисамой системы. Классический пример ав-

токолебательной системы - маятниковые часы. Как правило, авто-

колебательные системы склонны к самовозбуждению.

А.с. 267 993: Способ определения сроков схватываниябетонн

по изменению колебаний натянутой струны, помещенной в исследу-

емую смесь, отличающийся тем, что с целью автоматизации про-

цесса определения возбуждают в струне электромагнитные колеба-

ния и измеряют интервал времени от момента затвердения смеси

до момента самовозбуждения струны.

А.с. 279 214: Способ измерения ускорения путем определе-

ния изменения анодного тока в газоразрядной трубке с плазмен-

ным шнуром, отличающийся тем, что с целью получения частотного

выходного сигнала, в газоразрядной трубке создают неоднороное

электрическое поле, вызывающее изменение частоты автоколебаний

плазменного шнура при его смещении под действием ускорения от-

носительно электродов, и по частоте колебаний судят о контро-

лируемой величине.