Өдөр тутмын амьдралд хүн байнга хэлбэлзлийн хөдөлгөөний илрэлтэй тулгардаг. Энэ бол цагны дүүжин савлуур, автомашины булгийн чичиргээ, бүхэл бүтэн машин юм. Газар хөдлөлт ч гэсэн дэлхийн царцдасын чичиргээнээс өөр юу ч биш. Өндөр барилгууд ч хүчтэй салхинд хийсдэг. Энэ үзэгдлийг физик хэрхэн тайлбарладгийг олж мэдье.
Дүүжин нь тербеллийн систем
Тусмал хөдөлгөөний хамгийн тод жишээ бол ханын цагны дүүжин юм. Зүүн талын хамгийн өндөр цэгээс баруун талын хамгийн өндөр цэг хүртэл дүүжин өнгөрөхийг түүний бүрэн савлуур гэж нэрлэдэг. Ийм нэг бүрэн хэлбэлзлийн үеийг периметр гэж нэрлэдэг. Хэлбэлзлийн давтамж нь секундэд гарах хэлбэлзлийн тоо юм.
Хэлбэлзлийг судлахын тулд жижиг төмөр бөмбөгийг утсан дээр өлгөх замаар хийдэг энгийн утас дүүжин ашигладаг. Хэрэв бид бөмбөгийг материаллаг цэг гэж төсөөлвөл утас нь туйлын массгүй болноуян хатан байдал, үрэлтийн дутагдалтай тул та онолын, математикийн дүүжин гэгдэх болно.
Ийм "хамгийн тохиромжтой" дүүжингийн хэлбэлзлийн хугацааг дараах томъёогоор тооцоолж болно:
T=2π √ л / г, Энд l нь дүүжингийн урт, g нь чөлөөт уналтын хурдатгал юм.
Томьёо нь савлуурын хэлбэлзлийн хугацаа нь түүний массаас хамаардаггүй бөгөөд тэнцвэрийн байрлалаас хазайх өнцгийг харгалздаггүй болохыг харуулж байна.
Эрчим хүчний хувиргалт
Хэрэв үрэлтийн болон эсэргүүцлийн хүч байхгүй байсан бол тодорхой ажил хийх шаардлагатай бол тодорхой хугацаанд бүр хязгааргүй хүртэл давтагдах савлуурын хөдөлгөөний механизм юу вэ?
Дүүжинд өгсөн энергийн улмаас савлуур хэлбэлзэж эхэлдэг. Одоогийн байдлаар савлуурыг босоо байрлалаас нь салгах үед бид түүнд тодорхой хэмжээний боломжит энерги өгдөг. Савлуур дээд цэгээсээ анхны байрлал руугаа шилжихэд потенциал энерги нь кинетик энерги болж хувирдаг. Энэ тохиолдолд хурдатгал өгөх хүч буурч байгаа тул дүүжингийн хурд хамгийн их байх болно. Анхны байрлалд дүүжингийн хурд хамгийн их байдаг тул энэ нь зогсдоггүй, харин инерцийн дагуу тойргийн нумын дагуу түүний доош буусан өндөртэй яг ижил өндөрт шилждэг. Ингэж хэлбэлзлийн хөдөлгөөний үед энерги потенциалаас кинетик рүү хувирдаг.
Дүүжингийн өндөр нь түүнийг буулгах өндөртэй тэнцүү байна. Галилео хожим түүний нэрээр нэрлэгдсэн дүүжинтэй туршилт хийж байхдаа ийм дүгнэлтэд хүрсэн байна.
Дүүжингийн савлуур бол энерги хадгалагдах хуулийн маргаангүй жишээ юм. Мөн тэдгээрийг гармоник чичиргээ гэж нэрлэдэг.
Синус долгион ба фаз
Гармоник хэлбэлзлийн хөдөлгөөн гэж юу вэ? Ийм хөдөлгөөний зарчмыг харахын тулд та дараах туршилтыг хийж болно. Бид хөндлөвч дээр элстэй юүлүүр өлгөдөг. Үүний доор бид юүлүүрийн хэлбэлзэлд перпендикуляр шилжиж болох хуудас цаас тавьдаг. Юүлүүрийг хөдөлгөсний дараа бид цаасаа шилжүүлнэ.
Үр дүнд нь элсэн дээр бичсэн долгионт шугам гарч ирнэ - синусоид. Синусын хуулийн дагуу үүсдэг эдгээр хэлбэлзлийг синусоид буюу гармоник гэж нэрлэдэг. Ийм хэлбэлзэлтэй үед хөдөлгөөнийг тодорхойлсон аливаа хэмжигдэхүүн нь синус эсвэл косинусын хуулийн дагуу өөрчлөгдөнө.
Картонон дээр үүссэн синусоидыг судалж үзээд элс нь янз бүрийн зузаантай янз бүрийн хэсгүүдийн элсний давхарга болохыг тэмдэглэж болно: синусоидын дээд эсвэл тэвш дээр хамгийн нягт овоолсон байв. Энэ нь эдгээр цэгүүдэд дүүжин хөдөлгөөнөө эргүүлсэн цэгүүдэд дүүжингийн хурд хамгийн бага буюу тэгтэй тэнцүү байсныг харуулж байна.
Хэлбэлзлийг судлахад фазын тухай ойлголт асар их үүрэг гүйцэтгэдэг. Орос хэл рүү орчуулбал энэ үг нь "илэрхийлэл" гэсэн утгатай. Физикийн хувьд үе шат нь үе үе үйл явцын тодорхой үе шат, өөрөөр хэлбэл синусоид дээр дүүжин байрладаг газар юм.
Эргэлзээтэй байна
Хэрвээ хэлбэлзлийн системд хөдөлгөөн өгөөд дараа нь зогссон болаливаа хүч, энергийн нөлөөлөл, тэгвэл ийм системийн хэлбэлзлийг чөлөөт гэж нэрлэнэ. Өөртөө үлдсэн дүүжингийн хэлбэлзэл аажмаар алга болж, далайц багасна. Савлуурын хөдөлгөөн нь зөвхөн хувьсах (доод хэсэгт илүү хурдан, дээд хэсэгт илүү удаан) төдийгүй жигд хувьсах чадваргүй байдаг.
Гармоник хэлбэлзлийн үед савлуурын хурдатгал өгөх хүч тэнцвэрийн цэгээс хазайх хэмжээ багасах тусам сул болдог. Хүч ба хазайлтын зай хоёрын хооронд пропорциональ хамаарал байдаг. Иймд тэнцвэрийн цэгээс хазайх өнцөг нь арван градусаас хэтрэхгүй ийм чичиргээг гармоник гэж нэрлэдэг.
Албадан хөдөлгөөн ба резонанс
Инженерийн практикт ашиглахын тулд чичиргээ задрахыг зөвшөөрдөггүй бөгөөд энэ нь чичиргээт системд гадны хүчийг өгдөг. Хэрэв хэлбэлзлийн хөдөлгөөн нь гадны нөлөөн дор явагддаг бол түүнийг албадан гэж нэрлэдэг. Албадан хэлбэлзэл нь гадны нөлөөллийн давтамжтайгаар үүсдэг. Гадны үйлчлэгч хүчний давтамж нь дүүжингийн байгалийн хэлбэлзлийн давтамжтай давхцаж эсвэл давхцахгүй байж болно. Давхцах үед хэлбэлзлийн далайц нэмэгддэг. Ийм өсөлтийн жишээ бол хөдөлгөөний явцад хурдатгалыг өгч, өөрийнх нь хөдөлгөөний цохилтыг цохивол илүү өндөрт хөөрөх савлуур юм.
Физикийн энэ үзэгдлийг резонанс гэж нэрлэдэг бөгөөд практик хэрэглээнд маш чухал юм. Жишээлбэл, радио хүлээн авагчийг хүссэн долгион руу тохируулахдаа холбогдох радио станцтай резонансын байдалд оруулдаг. Резонансын үзэгдэл нь сөрөг үр дагавартай.барилга байгууламж, гүүр эвдрэлд хүргэж байна.
Өөрийгөө хангадаг систем
Албадан болон чөлөөт чичиргээнээс гадна өөрөө чичиргээнүүд бас бий. Тэдгээр нь хувьсах хүчнээс илүү тогтмол хүчин зүйлд өртөх үед хэлбэлзлийн системийн давтамжтай тохиолддог. Өөрөө хэлбэлзлийн жишээ бол пүршийг тайлах эсвэл ачааллыг бууруулах замаар хангагдсан дүүжингийн хөдөлгөөнийг хангадаг цаг юм. Хийл тоглох үед чавхдаст байгалийн чичиргээ нь нумын нөлөөнөөс үүсэх хүчтэй давхцаж, тодорхой өнгө аястай дуу гарч ирдэг.
Оцилляторын системүүд нь олон янз байдаг бөгөөд тэдгээрт тохиолддог процессуудыг практик туршилтаар судлах нь сонирхолтой бөгөөд мэдээлэл сайтай байдаг. Өдөр тутмын амьдрал, шинжлэх ухаан, технологид хэлбэлзлийн хөдөлгөөнийг практикт ашиглах нь олон янз бөгөөд зайлшгүй шаардлагатай: дүүжин савлуураас пуужингийн хөдөлгүүр үйлдвэрлэх хүртэл.
