Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
6°. Форма резонансных кривых на рис. IV. 1.14 зависит от величины коэффициента затухания о. С увеличением б резонансные кривые становятся более пологими, уменьшается «острота» кривых и значение амплитуды Лнакс при со =
= OW
7°. Явление резонанса используется в акустике — для анализа звуков, их усиления и т. д.
Под действием периодически изменяющихся нагрузок в машинах и различных сооружениях могут возникнуть явления резонанса, которые иногда бывают опасны для эксплуатации машин.
1.9. Автоколебания
Обратная сіїязь
I
L
Г. Колебательная система, совершающая незатухающие колебания за счет действия источника энергии, не обладающего колебательными свойствами, называется автоколебательной системой. Примером такой системы являются часы с анкерным ходом (п. 5°).
2°. Любая автоколебательная система состоит из четырех частей (рис. IV. 1.15).
а) Колебательная система.
б) Источник энергии, компенсирующий потери энергии на затухание колебаний за счет трения или других сил сопротивления.
Источник Клапан Колебатель-
энергии ная система
Рис. IV. 1.15
302 ОТДЕЛ IV. ГЛ. 1. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ
в) Клапан — устройство, которое регулирует поступление энергии в колебательную систему определенными порциями.
г) Обратная связь — устройство для обратного воздействия автоколебательной системы на клапан, управления работой клапана за счет процессов в самой колебательной системе.
3°. Обратная связь называется положительной {отрицательной), если в течение времени воздействия источника энергии на колебательную систему источник энергии производит над системой положительную (отрицательную) работу и передает ей (отнимает от нее) некоторый запас энергии. Положительная обратная связь используется для возбуждения автоколебаний. В случае отрицательной обратной связи усиливается затухание и автоколебания подавляются.
4°. Автоколебательными системами являются, например, часы (п. 5°), паровые машины и двигатели внутрен-Рис. IV.1.16 него сгорания, отбойные молотки, электрические звонки. Автоколебания совершают струны под действием смычка в скрипке, воздушные столбы в трубах духовых инструментов, язычки в баянах и аккордеонах, голосовые связки при разговоре или пении. Электрической автоколебательной системой является ламповый генератор незатухающих электрических колебаний (IV.2.9.10). В ряде случаев механизм обратной связи в автоколебательной системе замаскирован и разбиение системы на основные части (п. 2°) затруднительно.
5°. Автоколебательной системой являются часы с анкерным ходом (рис. IV. 1.16). Ходовое колесо с косыми зубьями жестко скреплено с зубчатым барабаном, через который перекинута цепочка с гирей. На одном конце маятника закреплен анкер (якорек) с двумя палеттами — пластинками из твердого материала, изогнутыми в виде дуги окружности с центром на оси маятника. В ручных часах гиря заменяется пружиной, а маятник — балансиром — маховичком, скрепленным со спиральной пружиной. Балансир совершает крутильные колебания вокруг своей оси. В часах колебательной системой является маятник или балансир. Источни-
S.J. СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ 303
ком энергии — поднятая вверх гиря или заведенная пружина. Клапаном является анкер, который позволяет ходовому колесу за один полупериод повернуться на один зубец. Обратная связь осуществляется взаимодействием анкера с ходовым колесом. Когда маятник проходит положение равновесия и имеет наибольшую скорость, зуб ходового колеса кратковременно соприкасается с концом палетты и подталкивает маятник. В часах потенциальная энергия гири (или заводной пружины) постепенно, отдельными порциями, передается маятнику и компенсирует потери энергии на трение.
Глава 2
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
2.1. Свободные электромагнитные колебаний в колебательном контуре
1°. Колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора с емкостью С (III. 1.10. Г), катушки с индуктивностью L (111.5.5.2°) и электрического сопротивления R (III.2.4. Г)
Ри.с. IV.2.1 Рис. 1V.2.2 Рис. IV.2.3
(рис. IV.2.1). В простейшем идеализированном случае, когда можно пренебречь электрическим сопротивлением (i?-*0), колебательный контур состоит из последовательно соединенных конденсатора о емкостью С и катушки G индуктивностью L (рис. IV.2.2).
2°. В колебательном контуре могут происходить периодические изменения заряда q, разности потенциалов Дер на обкладках конденсатора и электрического тока / в цепи (рис. IV.2.3). Если эти изменения вызваны тем, что обкладки конденсатора однократно заряжаются, то в колебательном контуре возникают свободные электромагнитные колебания
804 отдел iv. ГЛ. 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
q, I и Дер. На рис. IV.2.3 показано возникновение и протекание электромагнитных колебаний в колебательном контуре при R~*-Q. Если в начальный момент /==0 переключатель P находится в положении а, то конденсатор заряжается, получая заряд q0. Конденсатору сообщается энергия Я = =qV2C (111.1.12.2°), и разность потенциалов Аф между обкладками становится равной максимальному значению Аф0. В колебательном контуре при этом ток / отсутствует (рис. IV.2.4,a). При повороте переключателя в положение
