Колебательная система и ее частота: примеры колебательных систем

В природе полно примеров систем, способных к совершению свободных периодических колебаний. Человек широко применяет это явление при создании технических средств: механических и электронных агрегатов. Рассмотрим, какие системы называются колебательными, приведём примеры таких в окружающем мире.

Теория

Свободными называются колебания, осуществляемые без прикладывания к системе периодической внешней силы. Если открывать-закрывать дверцу шкафа с постоянной частотой, она начнёт совершать вынужденные колебания. После прекращения прикладывания к ней внешних сил движение перестанет быть повторяемым, и вскоре прекратится. Когда толкают подвешенный предмет, например, детские качели, они качаются, совершая затухающие колебания. Такие системы называются колебательными. К ним только изначально прикладывается сила, вызывающая возмущение.

Помимо механических, есть электромагнитные колебательные системы. В них вместо физических предметов периодические движения совершают электромагнитные волны – полевые образования. Такие системы – основа радиоэлектроники, электрических устройств.

Собственная частота колебательной системы – частота совершаемых ею свободных колебаний. Определяется параметрами самой системы.

Линейные механические колебательные системы описывают дифференциальные уравнения с граничными условиями. В них по превышению допустимого порога амплитуда повторяющихся движений неконтролируемо повышается, ведь приход и растрата энергии в таком случае будут пропорциональными квадрату амплитуды.

Где используются

Приведём примеры механических колебательных систем, с которыми люди встречаются практически ежедневно. К ним относят: жидкость в ёмкости, транспортное средство на рессорах, струна музыкального инструмента, яблоко на ветке, провода, натянутые между столбами, подвешенный предмет. Большинство источников звука – также колебательные системы. Вся электроника: компьютеры, гаджеты, усилители построены на колебательных контурах.

Популярные вопросы с ответами

В тестах часто встречается вопрос: «Чем определяется собственная частота колебательной системы?» с тремя вариантами ответа. Правильный – конфигурацией колебательного контура, исходя из формулы Томпсона:

Второе задание: какая из систем не является колебательной из приведённых на рисунке ниже. Объясните, почему.

К таким относится изображённая под буквой В система. Натянутая струна долго совершает периодические движения после отпускания, даже если к ней не подводить энергию извне. Пружина, при условии, что на ней находится лёгкий груз, может какое-то время сжиматься и разжиматься. Отпущенный на рисунке В шарик скатится вниз и остановится, его энергии для обратного подъёма не хватит.