Виды колебаний.
Колебания подразделяются на следующие виды: свободные или собственные, затухающие, вынужденные, автоколебания.
Свободные колебания совершаются в системе, однократно выведенной из положения равновесия и в дальнейшем предоставленной самой себе. При этом колебания происходят с собственной частотой ( ), которая не зависит от их амплитуды, т.е. определяется свойствами самой системы.
В реальных условиях колебания всегда являются затухающими, т.е. со временем происходит уменьшение энергии за счет ее диссипации и как следствие уменьшается амплитуда колебаний. Диссипация – необратимый переход части энергии упорядоченных процессов («энергии порядка») в энергию беспорядочных процессов («энергию хаоса»).
Гармонические колебания, происходящие за счет внешнего периодического воздействия («вынуждающей силы»), называются вынужденными.исходит в любой колеблющейся открытой системе.
Автоколебания – незатухающие колебания, происходящие за счет источника энергии, вид и работа которого определяется самой колебательной системой.
Характеристика волн.
Волна (волновой процесс) – распространение колебания в непрерывной (сплошной) среде. Волновой процесс характеризуется двойной периодичностью: величины, определяющие состояние системы, периодически изменяются во времени и пространстве:
,
где t – время, r – координата рассматриваемой точки.
Периодичность во времени характеризуется, как и в случае колебаний, периодом и частотой, а периодичность в пространстве – длиной волны (λ ). Длина волны – скалярная величина, численно равная расстоянию, на котором повторяется состояние системы:
x(r)=x(r+λ); (3.6)
Для гармонических волн х зависит от времени по закону синуса или косинуса, и длина волны равна расстоянию, на которое распространяется волна за период:
,
(3.7)
где υ – скорость распространения волны.
Упругие волны.
Упругими волнами называется процесс распространения механических колебаний в вещественной среде. Условием их распространения является наличие упругой связи частиц в среде: выведение из равновесия одной частицы сказывается на другой и т.д., так что в следствие упругой связи возмущение передается от одной частицы к другой. Возможны два типа механических волн: поперечные и продольные. Поперечные волны возможны в среде, оказывающей сопротивление сдвигу, обладающей упругостью формы т.е. в твердом теле. Продольные упругие волны могут распространяться в любой среде: твердой, жидкой, газообразной.
Электромагнитные волны.
В теории электромагнитного поля Максвелл предсказал возможность распространения переменного электромагнитного поля в пространстве (в т.ч. и в вакууме) в виде электромагнитной волны. Теоретически полученное численное значение скорости этих волн в вакууме совпало с экспериментально определенной скоростью света, что позволило сделать вывод об электромагнитной природе света. Электромагнитные волны могут иметь различные значения длины волны (частоты). Исторически принято выделять шесть диапазонов электромагнитного излучения, которые обычно перечисляются в порядке убывания длины волны, образуя шкалу электромагнитных волн: радиоволны, инфракрасное излучение, видимы свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение.
Природа электромагнитных волн едина: это поперечные волны, в которых происходят согласованные колебания напряженности электрического и индукции магнитного полей, но различие частоты (длины волны) существенным образом влияют на свойства волн. Скорость любых электромагнитных волн в вакууме одинакова и равна с = 3*108 м/с, а при их распространении в среде уменьшается.