Колебательное движение. Свободные колебания в идеальных колебательных системах
Движение, при котором состояния движения тела с течением времени повторяются, причем тело проходит через положение устойчивого равновесия поочередно в противоположных направлениях, называют механическим колебательным движением.
Если состояния движения тела повторяются через определенные промежутки времени, то колебания являются периодическими. Физическую систему (тело), в которой при отклонении от положения равновесия возникают и существуют колебания, называют колебательной системой.
Колебательный процесс в системе может происходить под действием как внешних, так и внутренних сил.
Колебания, происходящие в системе под действием только внутренних сил, называются свободными.
Для того чтобы в системе возникли свободные колебания, необходимо:
Наличие положения устойчивого равновесия системы.Так, свободные колебания возникнут в системе, изображенной на рисунке 1, а; в случаях б и в они не возникнут.
Рис. 1
Наличие у материальной точки избыточной механической энергии по сравнению с ее энергией в положении устойчивого равновесия. Так, в системе (рис. 1, а) надо, например, тело вывести из положения равновесия: т.е. сообщить избыток потенциальной энергии.
Действие на материальную точку возвращающей силы, т.е. силы, направленной всегда к положению равновесия. В системе, изображенной на рис. 1, а, возвращающей силой являются равнодействующая сила тяжести и сила нормальной реакции опоры.
В идеальных колебательных системах силы трения отсутствуют, и возникшие колебания могут продолжаться долго. В реальных условиях колебания происходят при наличии сил сопротивления. Чтобы колебание возникло и продолжалось, избыточная энергия, полученная материальной точкой при смещении из положения устойчивого равновесия, не должна быть полностью расходована на преодоление сопротивления при возвращении в это положение.
опоры.