Колебания

Отличие колебания от волны

Колеба́ния в повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия. 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.

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.

Классификация

Выделение разных видов колебаний зависит от подчёркиваемых свойств колеблющихся систем (осцилляторов)

По физической природе

• Механические (звук, вибрация)
• Электромагнитные (свет, радиоволны, тепловые)
• Смешанного типа в комбинации вышеперечисленных

По характеру взаимодействия с окружающей средой

• Вынужденные в колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. Примеры: листья на деревьях, поднятие и опускание руки. При вынужденных колебаниях может возникнуть явление резонанса: резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты осциллятора и частоты внешнего воздействия.
• Свободные (или собственные) в это колебания в системе под действием внутренних сил, после того как система выведена из состояния равновесия (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие). Простейшими примерами свободных колебаний являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.
• Автоколебания в колебания, при которых система имеет запас потенциальной энергии, расходующейся на совершение колебаний (пример такой системы в механические часы). Характерным отличием автоколебаний от свободных колебаний является, то что их амплитуда определяется свойствами самой системы, а не начальными условиями.
• Параметрические в колебания, возникающие при изменении какого-либо параметра колебательной системы в результате внешнего воздействия.
• Случайные в колебания, при которых внешняя или параметрическая нагрузка является случайным процессом.

Характеристики

• Амплитуда в максимальное отклонение колеблющейся величины от некоторого усреднённого её значения для системы, $A\,\!$ (м)
• Период в промежуток времени, через который повторяются какие-либо показатели состояния системы (система совершает одно полное колебание), $T\,\!$ (сек)
• Частота в число колебаний в единицу времени, $f\,\!$ (Гц, сек^в1).

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

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

В круговых или циклических процессах вместо характеристики «частота» используется понятие круговая (циклическая) частота $\omega\,\!$ (рад/сек, Гц, сек^в1), показывающая число колебаний за $2\pi$ единиц времени:

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

• Смещение в отклонение тела от положения равновесия. Обозначение Х, Единица измерения метр.
• Фаза колебаний в определяет смещение в любой момент времени, то есть определяет состояние колебательной системы.

См. также

• Волны
• Гармонические колебания
• Гармонический осциллятор
• Вибрация
• Виброизоляция
• Простое гармоническое движение

Литература

• Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. в 4-е изд. в М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. в С. 293в295. ISBN 5-85270-306-0 (БРЭ)

Колебания и волны

 

Оптика   Геометрическая оптика   Физическая оптика   Волновая оптика   Квантовая оптика   Нелинейная оптика   Теория испускания света   Теория взаимодействия света с веществом   Спектроскопия   Лазерная оптика   Фотометрия   Физиологическая оптика   Оптоэлектроника   Оптические приборы Смежные направления Акустооптика   Кристаллооптика Акустика   Общая (физическая) акустика   Геометрическая акустика   Психоакустика   Биоакустика   Электроакустика   Гидроакустика   Ультразвуковая акустика   Квантовая акустика (акустоэлектроника)   Акустическая фонетика (Акустика речи) Прикладная акустика Архитектурная акустика (Строительная акустика)   Аэроакустика   Музыкальная акустика   Акустика транспорта   Медицинская акустика   Цифровая акустика Смежные направления Акустооптика Радиофизика   Классическая радиофизика   Квантовая радиофизика   Статистическая радиофизика