Общие представления о колебаниях. Виды колебаний

В природе часто встречаются физические процессы, характеризуемые (в той или иной степени) повторяемостью во времени. Такие процессы называются колебаниями. Среди них можно выделить периодические колебания, при которых физическая система периодически проходит через одни и те же (или приблизительно через одни и те же) состояния. Состояние физической системы характеризуется некоторым набором физических величин, поэтому в процессе периодических колебаний соответствующие физические величины периодически изменяются во времени, т. е.

, (1.1)

где – время; – наименьший интервал времени, по истечении которого система возвращается в исходное состояние; – физическая величина, характеризующая состояние системы; n – натуральное число.

Природа физических процессов может быть самой разной (например, механическое движение частей системы, изменение заряда и тока в электрической цепи, тепловое движение атомов в узлах кристаллической решетки и т. д.), однако все они обладают целым рядом общих свойств, которые обусловлены периодичностью процессов. Это позволяет выработать единый подход к анализу колебаний, выяснить ряд общих физических закономерностей, характеризующих эти процессы, что и составляет предмет специального раздела физики – теории колебаний.

В зависимости от причин, вызывающих колебания, различают свободные и вынужденные колебания. Если колебательная система в результате кратковременного внешнего воздействия выведена из состояния равновесия, а затем предоставлена сама себе, то в ней возникают собственные (свободные) колебания. Свободные колебания могут быть незатухающими, когда в системе не происходит диссипация (рассеяние) энергии, и затухающими, когда в системе имеются потери энергии, в результате чего колебания постепенно затухают.

Если колебательная система подвергается периодическому внешнему воздействию, отклоняющему ее от состояния равновесия, то колебания называются вынужденными. Если же в результате внешнего воздействия происходят периодические изменения параметров колебательной системы (например, длины нити маятника, индуктивности или емкости LC -контура и т. п.), то в системе могут возникнуть колебания, называемые параметрическими.

Автоколебания также происходят в результате внешнего воздействия, однако в отличие от вынужденных и параметрических колебаний это воздействие регулируется самой колебательной системой. Примером автоколебательной системы являются механические часы.

Число независимых физических величин, характеризующих состояние колебательной системы, называется числом степеней свободы. В зависимости от сложности физической системы ее состояние может характеризоваться одной или несколькими независимыми физическими величинами.

Дата добавления: 2014-01-05