Хармонични колебания и графиката на осцилаторния процес

За да се отговори на въпроса какви колебания се наричат ​​хармонични, трябва да се има предвид, че тези физически явления са някои от най-често срещаните им природни дадености. Може би е трудно да се определи сфера, където хармоничните трептения не са налице. Най-често срещаните области на физическата теория, в които се изучават осцилаторни процеси, са механика, електротехника и електроника, радиолокация и хидроакустика и др.

Всички тези региони са обединени, без изключение, от факта, че характерът на осцилаторните процеси по правило е еднакъв и следователно за тяхното описание съществува обща класическа теория. Параметричните разлики в осцилаторните процеси се дължат само на средата на потока им и на външните фактори, които могат да повлияят на вибрационното движение. Най-простият пример за вибрационните движения, които срещаме ежедневно в ежедневния живот, са например колебания на махалото или електрически ток.

Колебанията от естеството на потока им са свободни и хармонични. Безплатни колебания те също така наричат ​​себе си, това подчертава, че те като източник имат външни смущения на околната среда, които водят физическото тяло извън статичното равновесие. Един пример може да служи като тежест, която е спряна на нишка, и към която ние импулсираме да зададем определен осцилационен процес.

По-значително място във физическата теория се дава на изучаването на такова явление като хармонични колебания. Проучването на тяхната природа е точно това, което формира теоретичната основа, на която се основава изследването на по-тесни аспекти на осцилаторните процеси, а именно потока им в различни среди - механика, електричество, химически трансформации и реакции.

За да се опишат хармоничните трептения във физиката, се използват основни параметри като период и честота.

Изхождайки от изявлението, посочено по-горе, че има някакъв общ универсален модел за потока на осцилаторни процеси, може логично да стигнем до извода за съществуването на някои универсални количества, характеризиращи тези колебания. Следователно споменатите параметри - период и честота - са общи за всички видове колебания, независимо от източника на тяхното генериране и средата на потока им.

Честотата е количествено количество, което показва колко пъти през определен период от време физическото тяло е направило процеса на промяна на статичното си състояние и се е върнал към него. Така например, може да се пресмята колко пъти, същото тежест се колебае, след като го избутахме до пълното му спиране.

Периодът в този процес ще покаже интервала от време, за който това тегло ще се отклони от първоначалната позиция и ще се върне към оригиналната за едно завъртане.

Изследвайки хармоничните трептения, трябва да се разбере, че периодът и честотата са обективно свързани с обща формула, която в крайна сметка определя графиката на хармоничните трептения. За да разберем по-добре какво представлява, трябва да се отбележи, че има и други параметрични показатели - амплитуда, фаза, циклична честота. Тяхната употреба позволява да се използват тригонометрични функции за описване на осцилаторни процеси. Най-често срещаната формула за начертаване е следната: s = A sin (омега-t + алфа). Тази формула, наречена хармоничното уравнение на трептенията, позволява да се изгради графиката на процеса на трептене, която в най-простата форма е обичайна синусоида. В примера на формулата, коефициентите омега- и alpha- показват кои трансформации трябва да бъдат извършени със синусоида, за да покажат определен осцилационен процес.

При по-сложни явления на трептене, тяхното графично описание естествено става все по-сложно. Това усложнение се дължи на въздействието на два основни фактора:

- естеството на процеса, т.е. вида вибрации, които се изследват - механични, електромагнитни, циклични или други;

- среда, в която се генерират и извършват вибрационни феномени - въздух, вода или по друг начин.

Тези фактори влияят значително върху всички параметри на всеки осцилационен процес.