Механические колебания и его разновидности. Пружинный и математический маятники.

Пашикова Т.Д.

Преподователь кафедры общей физики

Туркменский государственный университет им. Махтумкули

(г. Ашхабад, Туркменистан)

Механические колебания и его разновидности. Пружинный и математический маятники.

Колебательным движением (колебанием) называется процесс, при котором система, многократно отклонясь от своего состояния равновесия, каждый раз вновь возвращается к нему.

Если этот возврат совершается через равные промежутки времени, то колебание называется перидическим. Колебательные движения широко распространены в природе и технике. Движение часового маятника, вибрация натянутой струны, движение поршня дизеля и ножей косилки, суточные и годичные изменения температуры воздуха, морские приливы и отливы, волнение водной поверхности, биение сердца, дыхание, тепловое движение ионов кристаллической решетки твердого тела и т.д. – все это в конечном счете колебательные процессы.

Если груз, подвешенный на пружине, оттянуть вниз и отпустить, то он начнет совершать колебания, причем колебания эти будут происходить без действия внешних сил. Колебания, происходящие без внешних воздействий после того, как тело выведено из положения равновесия, называют свободными колебаниями (рис.25.1). Колебания груза на пружине (пружинный маятник) происходят благодаря инерции груза и силе упругости, которая является возвращающей силой. При таких колебаниях меняется деформация пружины и скорость груза. Свободные механические колебания возникают при выполнении следующих условий.

1. В одном определенном положении тела в пространстве, называемом положением равновесия, равнодействующая сил, приложенных к телу, должна быть равна нулю. При выведении тела из положения равновесия, равнодействующая всех сил должна быть отлична от нуля и направлена к положению равновесия.

2. Для начала свободных колебаний система должна быть выведена из положения равновесия внешним воздействием.

3. Силы трения в системе малы, по сравнению с силами, зависящими от координат.

Свободные колебания могут совершать не только грузы, прикрепленные к пружинам. Любое тело, подвешенное так, что его центр тяжести находится ниже точки подвеса, называют маятником.

Математический маятник – материальная точка, колеблющаяся на невесовмой нерастяжимой нити.

Свободные колебания математического маятника происходят благодаря равнодействующей сил тяжести и реакции нити, а так же инерции груза. Эта равнодействующая является возвращающей силой. По своим свойствам она похожа на силу упругости.

Другая разновидность маятника – физический (рис.25.2). В этом случае колеблещееся тело уже нельзя рассматривать как точечную массу на невесовмой нити. Его масса распределена по всему телу маятника.

Физический маятник – это твердое тело, закрепленное на неподвижной горизонтальной оси (оси подвеса), не проходящей через центр тяжести тела, и совершающее колебания относительно этой оси под действием силы тяжести.

Такой маятник совершает колебания под влиянием притяжения Земли, а период и частота колебний зависят от его массы и геометрических размеров.