نوسانات رایگان ، اجباری و مرطوب: تعریف و مثال

نوسان به سادگی حرکت تناوبی عقب و جلو بین دو موقعیت یا حالت است. حرکت تناوبی خود را در یک چرخه منظم ، مانند موج سینوسی تکرار می کند-موج با حرکت ابدی ، نوسان جانبی به یک آونگ یا حرکت بالا و پایین بهار با نوسان وزن. یک حرکت نوسان در اطراف یک نقطه تعادل رخ می دهد. با این حال ، در آزمایش های فیزیکی ، ما چیزهایی مانند "حرکت ابدی" را پیدا نمی کنیم ، که به همین دلیل نوسانات رایگان ، اجباری و مرطوب وارد تصویر می شوند. عبارات ریاضی مشتق شده از چنین نوسانات در خیاط کارآیی یک سیستم مکانیکی بسیار مفید می شود. در اینجا ، ما در مورد نوسانات رایگان ، اجباری و مرطوب اطلاعات بیشتری کسب خواهیم کرد و برخی از سؤالات مرتبط را حل خواهیم کرد.

جدول محتویات

غذای اصلی: نوسانات ، رایگان ، اجباری ، مرطوب ، فرکانس ، آونگ

نوسان چیست؟

نوسان نوسان دوره ای یک شی است. در همه چیز از جزر و مد و آونگ یک ساعت تا روند تصمیم گیری ما اتفاق می افتد! ما همچنین می توانیم از طریق دستگاهی به نام نوسان ساز ، نوسانات الکتریکی را در یک مدار القا کنیم. این یک شکل موج مداوم ، مکرر و متناوب و بدون هیچ ورودی تولید می کند. نوسان سازها ممکن است مکانیکی یا الکتریکی باشند ، اما همه آنها به یک روش عمل می کنند. اسیلوگرافی و اسیلوسکوپ دو ابزار دیگر بر اساس اصول نوسان هستند.

نوسان چگونه محاسبه می شود؟

صدای تولید شده با ضرب و شتم یک رشته گیتار دارای لحن مداوم است و مدت زمان طولانی طول می کشد. هر ارتعاش رشته موفق به همان میزان زمان قبلی می رسد. بنابراین ، ما "دوره" (t) را دریافت می کنیم ، مدت زمان لازم برای تکمیل یک نوسان.

معمولاً در ثانیه بیان می شود ، اما می توانید از هر واحد زمانی استفاده کنید. مدت دوره به مدت زمانی اشاره دارد که یک رویداد ادامه دارد ، چه تکرار شود یا نه. با این وجود ، ما در درجه اول به حرکت دوره ای علاقه مند خواهیم بود که با تعریف تکرار می شود.

یک نمونه معمولی از حرکت تناوبی ، آونگ ساده است ، دوره زمانی توسط ،

کجا ، طول رشته است. G شتاب به دلیل گرانش است.

فرکانس نوسان f = 1/t

چرخه در ثانیه ، که به عنوان هرتز (هرتز) مشخص شده است ، واحد SI برای فرکانس است:

1 هرتز = 1cycle/sec

یک نوسان کامل به عنوان یک چرخه گفته می شود.

نمونه هایی از نوسانات

حرکت نوسان برجسته است

• ساعت آونگ.
• چنگال تنظیم
• تاب خوردن.
• فلپ بالها.
• یک باب آزادانه آویزان.
• سازهای موسیقی رشته ای.
• اسباب بازی بهار.
• جریان متناوب.

بیشتر بخوانید: پل Wheatstone

حرکت هارمونیک ساده چیست؟

حرکت هارمونیک ساده به عنوان یک حرکت مکرر عقب و جلو در مورد یک موقعیت مرکزی با حداکثر جابجایی از یک طرف برابر با حداکثر جابجایی از طرف دیگر تعریف شده است. فاصله زمانی بین هر لرزش کامل یکسان است. علت حرکت همیشه به سمت موقعیت تعادل هدایت می شود. قانون هوک ثابت می کند که f = kx ، جایی که f مخفف نیرو است ، x مخفف جابجایی است و K مخفف ثابت است.

نمونه ای از نوسان ساز هارمونیک ساده

ارتعاش یک توده همراه با چشمه عمودی ، که انتهای دیگر آن در یک سقف لنگر است ، نمونه ای از یک نوسان ساز هارمونیک ساده است. بهار در حداکثر جابجایی X در حال تنش است که توده را به سمت بالا مجبور می کند. بهار به بزرگترین فشرده سازی خود در حداکثر جابجایی +X می رسد که دوباره توده را به سمت پایین مجبور می کند. در هر دو طرف جابجایی حداکثر ، نیرو بزرگترین است و به سمت موقعیت تعادل هدایت می شود ، سرعت جرم (V) صفر است ، شتاب آن حداکثر است و جهت جرم تغییر می کند. در موقعیت تعادل ، سرعت در بالاترین حد خود قرار دارد و شتاب (A) صفر است.

حرکت هارمونیک ساده با یک شتاب متغیر مشخص می شود که متناسب با جابجایی از نقطه تعادل است و همیشه به سمت آن هدایت می شود. علاوه بر این ، دوره زمانی بین ارتعاشات کامل ثابت و مستقل از بیشترین اندازه جابجایی است. حرکت هارمونیک ساده ، بنابراین ، در قلب زمانبندی به نوعی است.

بیشتر بخوانید: دما

انواع مختلف نوسانات

نوسان را می توان به سه نوع طبقه بندی کرد: نوسان رایگان ، مرطوب و اجباری.

1. نوسان رایگان

نوسان رایگان هنگامی اتفاق می افتد که بدن در فرکانس خود ارتعاش می کند. بدون هیچ نیروی خارجی برای تنظیم نوسان ، نوسان آزاد دامنه و زمان ثابت دارد. ارتعاشات موجود در یک چنگال تنظیم نمونه ای است.

2. نوسان مرطوب

نمایش گرافیکی از نوسان مرطوب

به دلیل نیروهای ثابت میرایی در محیط ما ، بیشتر نوسانات آزاد سرانجام از بین می روند. نوسان مرطوب نوعی نوسان است که با زمان کاهش می یابد. دامنه نوسان با زمان در نتیجه متغیرهای خارجی مانند اصطکاک یا مقاومت در برابر هوا که باعث میرایی می شود کاهش می یابد و در نتیجه باعث از بین رفتن انرژی از سیستم می شود. نوسانات محو یک آونگ نمونه ای است.

3. نوسان اجباری

در مقابل پیانو بنشینید و با صدای بلند آواز بخوانید ، در حالی که میراث را از رشته ها خارج می کنید ، یادداشت های کوتاه را بخوانید. این همان یادداشت را به شما می خواند ، زیرا رشته ها ، که فرکانس های مشابه صدای شما دارند ، در واکنش به نیروهای ایجاد شده توسط امواج صوتی که شما تحویل داده اید ، طنین انداز هستند.

این یک نمونه عالی از چگونگی اشیاء - در این حالت ، رشته های پیانو - می توانند برای نوسان ساخته شوند و این کار را به راحتی در فرکانس طبیعی خود انجام می دهند. نیروی محرک انرژی را با فرکانس خاص به سیستم تزریق می کند ، که همیشه مشابه فرکانس ذاتی سیستم نیست. نوسان اجباری هنگامی اتفاق می افتد که هر چیزی در نتیجه یک نیروی دوره ای خارجی نوسان کند. به دلیل سایر انرژی خارجی که به آن تأمین می شود ، دامنه نوسان مرطوب می شود اما ثابت می ماند.

به عنوان مثال ، هنگامی که شما با یک اسباب بازی بازی می کنید که شما را ملزم به حفظ یک شی با استفاده از یک باند الاستیک است که از انگشت خود آویزان است. اگر انگشت خود را بی حرکت نگه دارید ، در ابتدا با کمی کمی مرطوب کننده ، به سمت بالا و پایین گزاف گویی می شود. وقتی آن را به سمت بالا و پایین حرکت می دهید ، انگشت شما را دنبال می کند. هنگامی که فرکانس را با استفاده از انگشتان خود بالا می برید ، این مورد با نوسان با افزایش دامنه پاسخ می دهد.

V/S رایگان V/S نوسان اجباری

رزونانس پدیده رانندگی یک سیستم با فرکانس برابر با فرکانس طبیعی آن است. هرچه دامنه نوسانات ناشی از طنین انداز بزرگتر باشد ، یک سیستم کمتر میرایی دارد. هرچه میرایی بیشتر باشد ، پاسخ به فرکانس های مختلف رانندگی گسترده تر می شود.

بیشتر بخوانید:

چیز هایی برای به یاد آوردن

• حرکت دوره ای عقب و جلو چیزی بین دو موقعیت یا حالت به نوسان گفته می شود.
• نوسان اجباری هنگامی اتفاق می افتد که بدن در نتیجه یک نیروی تناوبی خارجی نوسان کند.
• نوسان رایگان هنگامی اتفاق می افتد که بدن در فرکانس خود ارتعاش می کند.
• نوسان مرطوب نوعی نوسان است که با زمان کاهش می یابد.
• رزونانس پدیده رانندگی یک سیستم با فرکانس برابر با فرکانس طبیعی آن است.
• در فیزیک ، حرکت هارمونیک ساده به عنوان یک حرکت مکرر به جلو و عقب از طریق تعادل یا مرکز ، موقعیت با حداکثر جابجایی از یک طرف برابر با حداکثر جابجایی از طرف دیگر تعریف می شود.

بیشتر بخوانید: