Механическое колебание

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 почти всегда связаны с попеременным превращением энергии одной формы проявления в другую форму.

Отличие колебания от волны.

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.

Классификации колебаний

Выделение разных видов колебаний зависит от свойства, которое хотят подчеркнуть.

Для подчёркивания разной физической природы колеблющихся систем (осцилляторов) выделяют, например, колебания:

• механические (звук, вибрация);
• электромагнитные (свет, радиоволны, тепловые);
• 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 и она расходуется на совершение колебаний (пример такой системы - механические часы).

Характеристики колебаний

Амплитуда $A\,\!$ (м) — максимальное отклонение колеблющейся величины от некоторого усреднённого её значения для системы.

Промежуток времени $T\,\!$ (сек), через который повторяются какие-либо показатели состояния системы (система совершает одно полное колебание), называют периодом колебаний.

Число колебаний в единицу времени называется частотой колебаний $f\,\!$ (Гц, сек^-1).

Период колебаний $T\,\!$ и частота $f\,\!$ – обратные величины;

$T=\frac{1}{f}\qquad\,\!$ и $f=\frac{1}{T}\,\!$

В круговых или циклических процессах вместо характеристики «частота» используется понятие круговая или циклическая частота $\omega\,\!$ (Гц, сек^-1, об/сек), показывающая число колебаний за время 2π:

$\omega =\frac{2\pi}{T} =2\pi f\,\!$

Фаза колебаний -- определяет смещение в любой момент времени, т.е. определяет состояние колебательной системы.

См. также

• Гармонический осциллятор
• Вибрация
• Виброизоляция

Литература

• Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 293—295. ISBN 5-85270-306-0 (БРЭ)