Изучаваме махалото - амплитудата на трептенията

Сред "вечното", за "колебания" раздел на училището за програма физика е може би най-носталгията - за него винаги си спомни с малко топла тъга. Малко вероятно е, че дори и някой, като припомни темата не вижда, на първо място, тиктакане на голям часовник, tik- takhellip- махало - "сериозност" на уреда от кабинета по физика. Въпреки това, лаборатория махало "тиктака", но неговите класически средновековни възгледи винаги изглежда да се каже, люлеещ, вечна му тиктакане на голям часовник, tik- takhellip- "Не мисля, че за секунди надолу." И задачата на тези непретенциозни устройства е да покажат ясно какво представляват - колебания.

Ние познаваме света и виждаме колко толкова просто и безкомпромисно действие означава около нас. Вълшебството е и махалото на Фуко, часовници и електричество, радио, телевизия, звук от високоговорителя и любимият ви мобилен телефон е цяла колекция от осцилаторни системи. Е, добре, нека си спомним какво се е научило в училище - амплитудата на трептенията, формулите, графиките. Така че, колебание - какво е това?

Всичко, което ни заобикаля, е "материални точки", които по някаква причина не стоят неподвижно. В този хаос на различни движения, вибрациите са процес, по който материална точка, понякога системата винаги се връща в равновесно положение, ако многократно се отклонява от нея. В този случай величината на максималното отклонение от равновесната точка се нарича амплитуда на колебанията. Най-доброто устройство за демонстрация механични вибрации, Разбира се, има едно старо, любезно махало - товар (топка, диск или пръчка), окачен на низ. Поправете го неподвижно - и тук е състоянието на равновесие. Вземи товара настрана и освободи това, което виждаш? Правилно ще стартира своя "tick-to-do": връщане в равновесно положение, отклоняване от другата страна, след това отново връщане към равновесно положение. Ако махалото не се намеси, тогава той, неспокоен, отново се отклонява отстрани на хелферина - и така непрекъснато, докато силата на триене, той все още не спира.

Това се случи точно така, че всеки обект има маса, размери и други характеристики, трябва да съдържа набор от функции, които може да бъде еднозначно описват това "материална точка", така че поведението си от взаимодействието с околната среда е предвидима, логично и разбираемо. Тези характеристики на махалото са амплитудата на трептенията и периода. Други често използвани параметри са получени от оригиналните, те са тяхната органична част (фаза) или резултат от допълнителни изчисления (честота).

Следващата стъпка в изучаването на очарователния свят на трептенията е най-простият експеримент за определяне на параметрите на нашия обект - махалото. Устройството на махалото е никъде по-проста нишка, топка, точка на окачване. И как да се намери амплитудата на колебания на такова махало? Това е толкова просто, че такова преживяване, както се казва, и в кухнята може да се направи. Всичко е лесно (в определени граници). Първоначалната задача: има окачване, окачено от тавана - метален диск върху конеца. Интересуваме се от размера на отклонението на диска от равновесното положение. Когато махалото е неподвижно, отбелязваме равновесната точка на стената или на хартиения екран, поставен зад нея. Натиснете диска. Махалото ще започне да се колебае и сянката от диска ще "начертае" траекторията на екрана. Преместване на пръчката (можете да молив) на екрана, ние намираме последната точка, когато сянката с колебания в крайната точка затваря показалеца, и да направи белег. Разстоянието от точката на равновесие до марката ще бъде амплитудата на колебанията на махалото. Не е ли трудно? И кой ще се съмнява.

Разбира се, можете да "модернизирате" експеримента с електронни камбани и свирки с фотосензори или да използвате лазер разходомери, за измерване на точността на някаква изкусителна фигура след десетичната запетая, но нищо не може да промени същността си - е направено измерването на най-голямото отклонение на махалото от равновесното положение; амплитудата се измерва. В експеримента, който направихме, е лесно да се открие една "тайна" на махалото - амплитудата му зависи само от началните условия, т.е. в действителност от силата на първия шок, който нарушава състоянието на равновесие или първоначалната енергия, придадена на осцилаторната система, когато махалото се отклонява под някакъв ъгъл от равновесното положение.