77. Слабнення коливань.

Відхилимо вільний край полотна ножівки (рис. 86), другий край якої затиснемо в лещатах, з середнього положення до В і пустимо. Пластинка почне коливатися, але поволі її розмах С (амплітуда) щораз меншає і за якийсь час коливання припиняється.

Рис. 86.

Це буває через те, що всякому коливанню тіла чинить опір середовище, а тому при кожному коливанні не тільки перетворюється потенціальна енергія в кінетичну і навпаки, але частина енергії віддається коливальним тілом середовищу, і через це загальний запас енергії в коливальному тілі поступово зменшується.

Коли коливання полотна ножівки слабнуть, це, однак, зовсім не впливає на їх частоту. Маятник, що гойдається, з часом також зменшує свої розмахи (амплітуду), але період (а значить і частота) його коливань при малих відхиленнях зберігається.

Отже, віддавання коливальним тілом середовищу частини енергії на перемагання опору має спричинити зміну амплітуди коливань. Це явище називається слабненням коливань: гармонічні коливання з щораз зменшуваною амплітудою називаються затухаючими.

Графіком їх є криві, подібні до показаної на рис. 87. Загалом крива для затухаючого коливання схожа на синусоїду, але амплітуда А з кожним коливанням меншає. Швидкість зменшення амплітуди характеризує швидкість слабнення коливань.

Рис. 87.

Що більший опір затухаючого середовища, то швидше зменшуватиметься амплітуда і швидше припиняться коливання. Маятник може коливатися в повітрі досить довго. Такий самий маятник, маючи такий самий запас енергії, зможе у воді зробити не більше, як 2 — 3 коливання. Щоб мати коливання із сталою амплітудою, так звані незатухаючі коливання, треба при кожному періоді поповнювати енергію, що її віддає коливальне тіло середовищу.

Прикладом незатухаючих коливань можуть бути коливання маятника в годиннику. Тут за джерело енергії, що підтримує амплітуду коливань, служить піднятий тягарець або накручена пружина.

1 0. Застосування маятника в годиннику. Маятник застосовують у годиннику, щоб регулювати його хід.

Г

Рис.88

одинник являє собою систему зубчастих коліщат, якій надає руху підтягнений тягарець або накручена пружина. Якщо ми дамо тягарцеві або накрученій пружині рухати систему зубчастих коліщат, то ці коліщата, а значить і стрілки, обертатимуться нерівномірно. Щоб годинник ішов правильно, треба використовувати енергію накручування невеликими періодичними порціями. Пристосування маятника для цієї мети показано на рис. 88. Маятник зв'язаний з дугою тп, що має два зубці по краях. Ці зубці близько підходять до зубців храповика R*. Штовхнувши маятник, ми надамо стрибкуватого обертання храповикові. Причиною цього обертання є вага тягарця, або сила пружини. При кожному коливанні маятника храповик (храповик — зубчасте колесо, що може вільно рухатися в один бік, а рухатись у другий бік йому не дають зубці дуги, зв'язаної з маятником.) перескакуватиме на один зубець, підштовхуючи заразом і самий маятник, наслідком чого годинник буде йти: коливання маятника будуть "незатухаючими", тобто амплітуда їх не зменшується, поки не витратиться завод. На кінці маятника є рухомий тягар. Пересуваючи тягар уздовж маятника, ми регулюємо частоту коливання, а значить і хід годинника.

М аятник до годинника застосував уперше голландський фізик Гюйгенс 1657 р.

Вправи.

1. Як змінюється період коливання маятника з підвищенням температури ? Як у цьому разі змінюється хід годинника ?

2. Розібрати передавання і перетворювання енергії в годинниковому механізмі.