Вывучаем механічныя ваганні

Навакольны нас фізічны свет перапоўнены рухам. Практычна немагчыма знайсці хоць бы адно фізічнае цела, якое можна было б лічыць якая знаходзіцца ў стане спакою. Акрамя раўнамерна паступальнага прамалінейнага руху, руху па складанай траекторыі, руху з паскарэннем і іншых, мы можам назіраць на свае вочы або адчуваць на сабе ўплыў перыядычна паўтаральных перасоўванняў матэрыяльных прадметаў.

Чалавек даўно заўважыў адметныя ўласцівасці і асаблівасці вагальных рухаў і нават навучыўся выкарыстоўваць механічныя ваганні ў сваіх мэтах. Усе перыядычна паўтараюцца ў часе працэсы можна назваць ваганнямі. Механічныя ваганні з'яўляюцца толькі часткай гэтага шматстайнага свету з'яў, якія адбываюцца практычна па адных законам. На наглядным прыкладзе механічных паўтаральных рухаў можна скласці асноўныя правілы і вызначыць законы, па якіх адбываюцца электрамагнітныя, электрамеханічныя і іншыя вагальныя працэсы.

Прырода ўзнікнення механічных ваганняў крыецца ў перыядычным ператварэнні патэнцыйнай энергіі ў кінэтычную. Апісаць прыклад, як адбываецца ператварэнне энергіі пры механічных ваганнях, можна, разглядаючы шарык, падвешаны на спружыне. У спакойным стане сіла цяжару ўраўнаважваецца сілай пругкасці спружыны. Але варта вывесці сістэму з стану раўнавагі прымусова, справакаваўшы тым самым рух з бок пункту раўнавагі, як патэнцыйная энергія пачне сваё пераўтварэнне ў кінэтычную. А тая, у сваю чаргу, з моманту праходжання шарыкам нулявы пазіцыі пачне ператварацца ў патэнцыйную. Гэты працэс адбываецца гэтак доўга, наколькі ўмовы існавання сістэмы набліжаюцца да бездакорным.

Матэматычна ідэальнымі лічацца ваганні, якія адбываюцца па законе сінуса або косінуса. Такія працэсы прынята называць гарманічнымі ваганнямі. Ідэальным прыкладам механічных гарманічных ваганняў з'яўляецца рух ківача ў абсалютна-беспаветранай прасторы, калі адсутнічае ўплыў сіл трэння. Але гэта зусім бездакорны выпадак, дамагчыся якога тэхнічна вельмі праблематычна.

Механічныя ваганні, нягледзячы на іх працягласць, рана ці позна спыняюцца, і сістэма займае становішча адноснага раўнавагі. Адбываецца гэта па прычыне растраты энергіі на пераадоленне супраціву паветра, трэння і іншых фактараў, няўхільна прыводзяць да карэкціроўкі разлікаў пры пераходзе ад ідэальных да рэальных умоў, у якіх існуе разгляданая сістэма.

Няўхільна набліжаючыся да глыбокага вывучэнню і аналізу, прыходзім да неабходнасці матэматычна апісаць механічныя ваганні. Формулы гэтага працэсу ўключаюць такія велічыні, як амплітуда (А), частата ваганняў (w), пачатковая фаза (a). А функцыя залежнасці зрушэння (х) ад часу (t) у класічным выглядзе мае выгляд

x = Acos (wt + a).

Таксама варта згадаць аб велічыні, характарызавалай механічныя ваганні, якая мае назву - перыяд (T), які матэматычна вызначаецца, як

T = 2π / w.

Механічныя ваганні, акрамя нагляднасці апісання працэсаў ваганняў немеханічнай прыроды, цікавяць нас некаторымі ўласцівасцямі, якія пры правільным выкарыстанні могуць аказаць пэўную карысць, а пры іх ігнараванні - прывесці да істотных непрыемнасцяў.

Асаблівая ўвага патрабуецца надаваць з'яве рэзкага скачка амплітуды пры вымушаных ваганнях, якія надыходзяць пры набліжэнні частоты ўздзеяння якая змушае сілы да частаце уласных ваганняў цела. Яно называецца рэзанансам. Шырока выкарыстоўваецца ў электроніцы, у механічных сістэмах з'ява рэзанансу ў асноўным праяўляе разбуральны характар, яго неабходна ўлічваць пры стварэнні самых разнастайных механічных канструкцый і сістэм.

Наступным праявай механічных ваганняў з'яўляецца вібрацыя. Яе з'яўленне можа аказаць не толькі пэўны дыскамфорт, але і прывезці да ўзнікнення рэзанансу. Але, акрамя адмоўнага ўздзеяння, мясцовая вібрацыя з невялікай інтэнсіўнасцю праявы можа станоўча ўплываць ў цэлым на арганізм чалавека, паляпшаючы функцыянальнае стан ЦНС, і нават паскараць гаенне ран і да т.п.

Сярод варыянтаў праявы механічных ваганняў можна вылучыць з'ява гуку, ультрагуку. Карысныя ўласцівасці гэтых механічных хваль і іншых праяў механічных ваганняў шырока выкарыстоўваюцца ў самых розных галінах чалавечай жыццядзейнасці.