Маятник Дубошинского

Маятник Дубошинского

Ма́ятник Дубоши́нского — в общем случае — осциллятор, например, механический маятник, совершающий квази-собственные колебания при взаимодействии с переменным магнитным полем. Открытие этого эффекта было сделано братьями Данилом и Яковом Дубошинскими в 1968—1969 годах.

Маятник Дубошинского (см. рисунок) состоит из двух взаимодействующих компонент:

• классического механического маятника с собственной низкой частотой (например, 0,5-1 Гц), с маленьким постоянным магнитом, прикрепленным к его свободно двигающемуся концу;
• неподвижного электромагнита (соленоида), находящегося под точкой равновесия траектории маятника и питаемого переменным током, чья частота изменяется от десятков до тысяч герц.

Механический маятник и соленоид расположены на основании таким образом, что постоянный магнит на конце маятника взаимодействует с переменным магнитным полем соленоида только на ограниченной части траектории маятника — над соленоидом. Магнитное поле вне соленоида значительно слабее поля над соленоидом и его величиной вне соленоида можно пренебречь. Эта пространственная неоднородность взаимодействия позволяет маятнику в известной степени регулировать свой обмен энергией с магнитным полем.

Затухающее движение маятника, первоначально отпущенного из любого положения, переходит в устойчивое, очень близкое к периодическому движению, чья амплитуда принимает одно стационарное значение из дискретного множества возможных значений устойчивых амплитуд (см. Рис. 2).

Рис.2. Первые четыре квантованные амплитуды маятника Дубошинского при частоте магнитного поля f=50Гц. Внизу маятника изображен соленоид.

Устойчивость каждой амплитуды поддерживается постоянной самоподстройкой фазового соотношения между маятником и высокочастотным полем. С помощью такого фазового механизма, в результате взаимодействия маятника с переменным полем соленоида, за каждый период колебания маятник извлекает порцию энергии, в среднем, достаточную для того, чтобы скомпенсировать его потери на трение за этот же период. Величины квантованных амплитуд и соответствующие им энергии квантованных мод практически не зависят от силы переменного тока, питающего электромагнит и меняющегося в очень широких пределах [1-3]. В то же время, амплитуды очень чувствительны к изменениям частоты тока, питающего соленоид. Чем выше эта частота, тем больше количество стационарных режимов (квантованных амплитуд), которые способен реализовать маятник (см. Таб. 1).^[1]

Таблица 1. Стационарные квантованные амплитуды маятника Дубошинского

Частота магнитного поля (Hz)	Амплитуды маятника
5					68°
20	30°			59°		74°		85°
30	30°	43°	53°	59°	68°	74°	80°	85°

Примечания

1. ↑ J. Tennenbaum. Amplitude Quantization as an Elementary Property of Macroscopic. Vibrating Systems. 21st Century Science & Technology, - USA Winter 2005. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.

Литература

• D.B. Doubochinski, Ya.B. Doubochinski. «Amorçage argumentaire d’oscillations entretenues avec une série discrète d’amplitudes stables», EDF Bulletin de la direction des études et recherches, série C, Mathématiques, Informatique, № 3, 1991, p.p. 11-20.
• L.A. Vaĭnshtein and Ya.B. Duboshinskiĭ. Zh. Tekh. Fiz., 48 (1978), 1321; Sov. Phys.-Tech. Phys., 23 (1978), 745.
• D.B. Doubochinski, Ya.B. Doubochinski. Возбуждение волной осциллятора с дискретным рядом устойчивых амплитуд. Доклады Академии Наук СССР, 265, № 3, стр. 605, 1982 г. (Wave excitation of an oscillator having a discrete series of stable amplitudes. [Sov. Phys. Doklady 27, 564 (1982)].
• П.С. Ланда, Я.Б. Дубошинский. Автоколебательные системы с высокочастотными источниками энергии. УФН, 1989, Август. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.
• P.S. Landa. Nonlinear Oscillations and Waves in Dynamical Systems, Department of Physics, Moscow State University, Moscow, Russia, Kluwer Academic Publishers, p.307.
• "См. Оглавление: 18.1. The Duboshinsky pendulum, a 'gravitational machine', and the Andreev hammer", стр. 7. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.
• V.N. Damgov, D.B. Duboshinskii, Ia.B. Duboshinskii. The excitation of undamped oscillations with a discrete series of stable amplitudes. SAO/NASA ADS. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.
• М.С. Артемьева. Моделирование движений токопроводящих тел в быстропеременном и постоянном магнитных полях. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук., стр. 5, 9, 15.
• V. Damgov, I. Popov. "Discrete" Oscillations and Multiple Attractors in Kick-excited Systems. Discrete Dynamics in Nature and Society. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012., стр. 2, 3, 25, 26.
• P.S Landa, Y.B. Duboshinskii. "Self-oscillatory systems with high-frequency energy sources. Turpion Limited. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.
• D.I.Penner, D.B.Duboshinskiĭ. "Asynchronous excitation of undamped oscillations. IOPscience. Soviet Physics Uspekhi. Volume 16, Number 1. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.
• "Ветер перемен дует с Северо-Запада". «УГ»-Москва: Школа будущего. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.
• Введение в модуль "Как устроена вода". Эпистемотека.(недоступная ссылка — история)
• Процессуальная модель аргументного маятника. Эпистемотека.(недоступная ссылка — история)
• Сайт Дубошинcкого. Архивировано из первоисточника 24 апреля 2012.

См. также

• Математический маятник
• Физический маятник
• Вынужденные колебания

Связать^?

На эту статью не ссылаются другие статьи Википедии. Пожалуйста, воспользуйтесь подсказкой и установите ссылки в соответствии с принятыми рекомендациями.