Вынужденные колебания

Электромагнитные колебания открыли, можно сказать, в какой-то мере случайно. Свободные и вынужденные колебания нашли свое широкое применение в нашей повседневной жизни. Электромагнитные колебания используют в разнообразных технических устройствах, в том числе и в средствах связи. Переменные технические токи – это также электрические колебания. Даже световые явления – это электромагнитные колебания. Поговорим о них более подробно.

Под колебаниями понимаются процессы или движения, характеризующиеся обусловленной временной повторяемостью. Такие процессы достаточно широко распространены. Физическая природа колебательных процессов может быть разнообразной. Исходя из этого, различают электромагнитные, механические и другие колебания.

Среди разных электрических явлений свободные и вынужденные электромагнитные колебания занимают особое место. Под электромагнитными колебаниями понимают колебания магнитных и электрических полей, сопровождающиеся периодическим изменением напряжения, тока и заряда. Для того чтобы возбуждать и поддерживать электромагнитные колебания используют колебательный контур.

Видео: Вынужденные колебания механических систем, Киевнаучфильм, 1974

Вынужденные колебания - это такие колебательные процессы, которые вызваны воздействием внешних сил на систему.

Вынужденные колебания имеют свою отличительную особенность – они носят незатухающий характер. Их частота равна частоте периодического внешнего воздействия на данную колебательную систему. Однако необходимо отличать такие колебательные движения от автоколебаний. При автоколебаниях в системе предполагается механизм, "поставляющий" в систему из определенного резервуара энергии, в такт с своим колебаниям, незначительные порции энергии, поддерживающие собственные незатухающие колебания. Таким образом, при автоколебании система «подталкивает» сама себя. При вынужденных колебаниях система берет толчок от посторонней силы.

Видео: 2.4 ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ

Частота таких колебаний совпадает с частотой воздействующей внешней силы. У них амплитуда задана не произвольно, как при свободных колебаниях, а устанавливается сама по себе. Значение амплитуды зависит от соотношения частот внешней силы и собственных.

Вынужденные колебания характеризует такое явление, как электрический резонанс. При нем амплитуда вынужденных колебательных движений становится максимальной. Амплитуда колебаний при резонансе должна быть беспредельно большой. На самом же деле при нем амплитуда вынужденных электромагнитных колебаний конечна. При небольшом сопротивлении в системе сопротивление в резонансе будет существенным. Это и делает амплитуду колебательных движений в резонансе конечной. При большем сопротивлении в системе максимум амплитуды становится ниже в точке резонанса.

Видео: Свободные и вынужденные колебания. Механический резонанс

Переменный ток - это не что иное, как вынужденные электромагнитные колебания, возникающие в процессе вращения внутри рамки магнита или вращения в магнитном поле рамки в результате электромагнитной индукции. Генератор переменного тока является источником переменного тока.

Электрические лампы, пылесос, холодильник, телевизор и т.д., используемые в наших домах, работают на основе энергии электромагнитных колебаний. На их применении основывается работа электромоторов, которые приводят в действие станки и т.д.

В перечисленных примерах используется переменный ток, который в электрических энергетических цепях выступает как результат возбуждения вынужденных колебаний.

Подчеркнем, что свободные и вынужденные колебания отличаются друг от друга тем, что одни совершаются без внешних воздействий благодаря энергии, которая запасена в контуре, а другие вызваны внешним воздействием на систему.