§ 1  Механические колебания

Рассмотрим следующий вид неравномерного движения, а именно – колебательное движение тел.

В окружающем нас пространстве нередко можно встретить процессы, которые периодически повторяются через определенный интервал времени. Данные процессы относятся к колебательным движениям.

Например, колебания совершают ветки деревьев на ветру, маятник в заведенных часах, струны в музыкальных инструментах, землетрясение – это колебание, совершаемое земной корой, биение пульса – это сокращения (колебания) сердечной мышцы. За один и тот же промежуток времени одни тела могут совершать большее число колебаний, другие - меньшее. Несмотря на разную физическую природу происхождения, все колебания обладают общими свойствами (признаками) и следуют общим закономерностям.

К общим признакам любых колебаний относят периодичность, повторяемость. Интервал времени, в течение которого производится полное колебание, называется периодом колебания.

На рисунке представлены примеры тел, для которых характерны колебательные движения: груз, прикрепленный к пружине, и шарик, подвешенный на нити (рис. 1).

Кроме повторяемости (периодичности), есть еще один общий признак колебательных движений: за один период колебания любое тело пересекает положение равновесия дважды.

Механическими колебаниями называют движения или процессы, которые точно или приблизительно повторяются через определенные промежутки времени и при которых тело многократно и в разных направлениях проходит положение равновесия.

Существуют свободные и вынужденные механические колебания.

Свободные колебания – это колебания, которые происходят под действием внутренних сил колебательной системы при выводе ее из положения равновесия. К свободным колебаниям относят колебания груза, прикрепленного к пружине, или шарика, подвешенного на нити.

Колебания, которые происходят под действием внешних сил, периодически изменяющихся, называются вынужденными колебаниями. Например, к вынужденным колебаниям относятся движение поршня в цилиндре двигателя автомобиля, движение иглы швейной машины, океанические приливы и отливы под действием Луны и пр.

При исследовании механических колебаний оперируют такими понятиями, как колебательные системы, маятники.

Колебательная система – это система тел, способных совершать колебательные движения.

Следует отметить еще одно свойство, характерное для всех колебательных систем – это появление в них силы, которая возвращает ее (систему) в состояние устойчивого равновесия.