- •9 Вопрос. Рождение науки об электричестве
- •10 Вопрос. Методологические установки классической физики
- •11 Вопрос. Методологические установки классической астрономии.
- •12 Вопрос. Методологические установки классической биологии.
- •13 Вопрос. Законы сохранения и принципы симметрии
- •14 Вопрос
- •По физической природе
- •По характеру взаимодействия с окружающей средой
- •Характеристики
- •Временна́я и пространственная периодичности
- •Интенсивность волны
- •15 Вопрос. Закон сохранения и превращения энергии
14 Вопрос
Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку.
Колебания различной физической природы имеют много общих закономерностей и тесно взаимосвязаны c волнами. Поэтому исследованиями этих закономерностей занимается обобщённая теория колебаний и волн. Принципиальное отличие от волн: при колебаниях не происходит переноса энергии, это, так сказать, «местные» преобразования энергии.
Выделение разных видов колебаний зависит от подчёркиваемых свойств колеблющихся систем (осцилляторов)
По физической природе
Механические (звук, вибрация)
Электромагнитные (свет, радиоволны, тепловые)
Смешанного типа — комбинации вышеперечисленных
По характеру взаимодействия с окружающей средой
Вынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия
Собственные (или свободные) — колебания при отсутствии внешних сил, когда система, после первоначального воздействия внешней силы, предоставляется самой себе (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие)
Автоколебания — колебания, при которых система имеет запас потенциальной энергии, расходующейся на совершение колебаний (пример такой системы — механические часы).
Характеристики
Амплитуда — максимальное отклонение колеблющейся величины от некоторого усреднённого её значения для системы, (м)
Период — промежуток времени, через который повторяются какие-либо показатели состояния системы (система совершает одно полное колебание), (сек)
Частота — число колебаний в единицу времени, (Гц, сек−1).
Фаза колебаний — определяет смещение в любой момент времени, то есть определяет состояние колебательной системы
Волна́ — изменение состояния среды (возмущение), распространяющееся в этой среде и переносящее с собой энергию.
Независимо от природы волны перенос энергии осуществляется без переноса вещества; последнее может возникнуть лишь как побочный эффект. Перенос энергии — принципиальное отличие волн от колебаний, в которых происходят лишь «местные» преобразования энергии.
Временна́я и пространственная периодичности
В отличие от стационарного колебания волны имеют две основные характеристики:
временну́ю периодичность — скорость изменения фазы с течением времени в какой-то заданной точке, называемую частотой волны f ;
пространственную периодичность — скорость изменения фазы в определённый момент времени с изменением координаты — длина волны λ.
Временная и пространственная периодичности взаимосвязаны, что отражено в законе дисперсии, который определяет, как именно волны будут выглядеть и распространяться. В упрощённом виде для линейных волн эта зависимость имеет следующий вид[2]:
где c — скорость распространения волны в данной среде.
Интенсивность волны
О силе волны судят по её амплитуде. В отличие от колебания амплитуда волны — скалярная величина.
Но для количественной характеристики переносимой волной энергии используется вектор плотности потока энергии I. Его направление совпадает с направлением переноса энергии, а абсолютная величина равна количеству энергии, переносимой волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению вектора. При небольших амплитудах:
где A — амплитуда; k — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы волны и свойств среды, где эта волна распространяется.