Getaran harmonik.

Osilasi adalah proses yang berbeda dalam berbagai tingkat pengulangan. Gerak osilasi dan gelombang yang ditimbulkannya sangat umum terjadi di alam dan teknologi. Jembatan bergetar di bawah pengaruh kereta api yang melewatinya, gendang telinga bergetar, bagian bangunan bergetar, dan otot jantung berkontraksi secara ritmis.

Tergantung pada sifat fisik dari proses berulang, getaran dibedakan: mekanis, elektromagnetik, dll. Kami akan mempertimbangkan getaran mekanis.

Mari kita perhatikan sistem mekanis paling sederhana, yang terdiri dari benda (bola) bermassa m, digantung pada batang, dan pegas dengan kekakuan k, menghubungkannya ke dinding tetap. Mari kita arahkan sumbu OX di sepanjang batang, dan titik asal koordinatnya sesuai dengan pusat bola, asalkan pegas dalam keadaan tidak berubah bentuk. Mari kita gerakkan bola ke jarak X 0 dari posisi setimbang (lihat Gambar 1). Kemudian, dari sisi mata air, tubuh akan terkena dampaknya kekuatan elastis F=-kX 0 (1). Gaya ini terlihat dari persamaan (1) sebanding dengan perpindahan dan arahnya berlawanan dengan perpindahan. Ini disebut kekuatan pemulih. Selain itu, sistem akan memiliki cadangan energi potensial
. Jika beban dilepaskan, maka di bawah pengaruh gaya elastis beban akan mulai bergerak menuju posisi setimbang, sedangkan energi potensialnya akan berkurang, berubah menjadi energi kinetik.
, gaya pemulih akan berkurang dan pada posisi setimbang akan menjadi sama dengan nol, tetapi benda tidak akan berhenti pada posisi setimbang, melainkan akan terus bergerak secara inersia. Energi kinetiknya akan berubah menjadi energi potensial, gaya pemulih akan mulai meningkat, namun arahnya akan berubah ke arah sebaliknya. Osilasi akan terjadi pada sistem. Selama gerakan osilasi, posisi tubuh masing-masing saat ini waktu dicirikan oleh jarak dari posisi setimbang, yang disebut perpindahan. Di antara berbagai jenis getaran, bentuk paling sederhana adalah getaran harmonik, yaitu getaran harmonik. yang besaran osilasinya berubah tergantung waktu menurut hukum sinus atau kosinus.

1. Osilasi harmonik yang tidak teredam.

Misalkan suatu benda bermassa m dikenai gaya yang cenderung mengembalikannya ke posisi setimbang (gaya pemulih) dan sebanding dengan perpindahan dari posisi setimbang, yaitu. gaya elastis F UPR = -kX. Jika tidak ada gesekan, maka persamaan hukum kedua Newton untuk benda adalah:

;
atau
.

Mari kita tunjukkan
, kita dapatkan
. (1)

Persamaan (1) merupakan persamaan diferensial homogen linier orde 2, dengan koefisien konstan. Solusi persamaan (1) adalah hukum bebas atau wajar osilasi teredam:

,

dimana A adalah nilai simpangan terbesar dari posisi kesetimbangan, yang disebut amplitudo (amplitudo adalah nilai konstan dan positif);
- fase osilasi; - fase awal.

G secara grafis osilasi yang tidak teredam disajikan pada Gambar 2:

T – periode osilasi (interval waktu satu osilasi lengkap);
, Di mana - frekuensi melingkar atau siklik,
, ν disebut frekuensi osilasi.

Untuk mencari kecepatan suatu titik material selama osilasi harmonik, Anda perlu mengambil turunan dari ekspresi perpindahan:

Di mana
- kecepatan maksimum (amplitudo kecepatan). Membedakan ungkapan ini, kita menemukan percepatannya:

Di mana
- akselerasi maksimal.

1. Osilasi harmonik teredam.

Dalam kondisi nyata, selain gaya pemulih pada sistem osilasi, akan terdapat gaya gesek (gaya hambatan sedang), yang pada kecepatan rendah sebanding dengan kecepatan benda:
, di mana r adalah koefisien resistansi. Jika kita membatasi diri pada memperhitungkan gaya pemulih dan gaya gesekan, maka persamaan geraknya akan berbentuk:
atau
, dibagi dengan m, kita peroleh:
, menunjukkan
,
, kita mendapatkan:
. Persamaan ini disebut persamaan diferensial homogen linier orde kedua dengan koefisien konstan. Penyelesaian persamaan ini adalah hukum osilasi teredam bebas, dan berbentuk sebagai berikut: .

Dari persamaan tersebut jelas bahwa amplitudo
tidak konstan, tetapi bergantung pada waktu dan berkurang menurut hukum eksponensial. Sedangkan untuk osilasi tak teredam, nilai ω disebut frekuensi melingkar:
, Di mana
- koefisien atenuasi;

-fase awal.

Osilasi teredam secara grafis disajikan pada Gambar 3.

TENTANG mari kita batasi periode osilasi
atau
, yang menunjukkan bahwa osilasi dalam sistem hanya dapat terjadi jika hambatannya tidak signifikan
. Periode osilasinya hampir sama
.

Dengan meningkatnya koefisien redaman, periode osilasi meningkat dan pada
berubah menjadi tak terhingga. Pergerakan tidak lagi bersifat periodik. Suatu sistem yang dipindahkan dari posisi setimbang akan kembali ke keadaan setimbang tanpa berosilasi. Gerak seperti ini disebut aperiodik.

Gambar 4 menunjukkan salah satu kasus sistem kembali ke posisi setimbang selama gerak aperiodik. Sesuai dengan kurva yang ditunjukkan, muatan pada membran serabut saraf manusia menurun.

Untuk mengkarakterisasi laju redaman osilasi, konsep koefisien redaman diperkenalkan
. Mari kita cari waktu τ selama amplitudo osilasi akan berkurang sebanyak ve:

, yaitu

dari mana βτ=1, oleh karena itu . Koefisien atenuasi adalah kebalikan besarnya periode waktu dimana amplitudo akan berkurang sebesar lima kali lipat. Perbandingan nilai amplitudo yang sesuai dengan momen waktu yang berbeda suatu periode adalah sama dengan
disebut penurunan redaman, dan logaritmanya disebut penurunan redaman logaritmik:

.

Kuliah 12. Getaran mekanis dan gelombang.

Garis besar kuliah

Getaran harmonik dan ciri-cirinya.

Getaran mekanis yang bebas dan tidak teredam.

Getaran mekanis teredam dan dipaksakan bebas.

Gelombang elastis.

Getaran harmonik dan ciri-cirinya.

Osilasi proses yang dicirikan oleh pengulangan tertentu dari waktu ke waktu disebut, mis. fluktuasi - perubahan periodik dalam ukuran berapa pun.

Tergantung pada sifat fisiknya, getaran mekanis dan elektromagnetik dibedakan. Tergantung pada sifat pengaruhnya terhadap sistem osilasi, osilasi bebas (atau alami) dibedakan, osilasi paksa, osilasi diri dan osilasi parametrik.

Osilasi disebut periodik jika nilai semua besaran fisis yang berubah selama osilasi sistem berulang dalam interval waktu yang sama.

Periode adalah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu osilasi penuh:

Di mana
- jumlah osilasi per waktu .

Frekuensi osilasi- jumlah osilasi lengkap yang dilakukan per satuan waktu.

Frekuensi siklik atau melingkar - jumlah osilasi lengkap yang diselesaikan dalam waktu 2 (satuan waktu):

.

Jenis osilasi yang paling sederhana adalah getaran harmonis, dimana perubahan nilai terjadi menurut hukum sinus atau kosinus (Gbr. 1):

,

Di mana - nilai kuantitas yang berubah;

- amplitudo osilasi, nilai maksimum dari besaran yang berubah;

- fase osilasi pada saat waktu (ukuran waktu sudut);

 0 - fase awal, menentukan nilainya V momen awal waktu pukul
,.

Sistem osilasi yang melakukan osilasi harmonik disebut osilator harmonik.

Kecepatan dan percepatan pada getaran harmonik:

Getaran mekanis bebas yang tidak teredam.

Gratis atau milik sendiri disebut osilasi yang dilakukan suatu sistem di sekitar posisi setimbang setelah sistem tersebut entah bagaimana dikeluarkan dari keadaan setimbang stabil dan disajikan pada dirinya sendiri.

Segera setelah suatu benda (atau sistem) dipindahkan dari posisi setimbang, segera muncul gaya yang cenderung mengembalikan benda ke posisi setimbang. Kekuatan ini disebut kembali, selalu mengarah ke posisi setimbang, asal usulnya berbeda-beda:

a) untuk pendulum pegas- kekuatan elastis;

b) untuk pendulum matematika - komponen gaya gravitasi.

Getaran bebas atau alami adalah getaran yang terjadi karena pengaruh gaya pemulih.

Jika tidak ada gaya gesekan dalam sistem, osilasi akan berlanjut tanpa batas waktu dengan amplitudo konstan dan disebut osilasi alami tak teredam.

Pendulum pegas- titik material dengan massa M, digantung pada pegas tanpa bobot yang benar-benar elastis dan berosilasi di bawah aksi gaya elastis.

Mari kita perhatikan dinamika osilasi alami pendulum pegas yang tidak teredam.

Menurut hukum Newton II,

menurut hukum Hooke,

Di mana k– kekakuan,
;

atau
.

Mari kita tunjukkan frekuensi siklik osilasi alami.

-persamaan diferensial osilasi bebas yang tidak teredam.

Solusi persamaan ini adalah ekspresi: .

periode osilasi bandul pegas.

Pada getaran harmonis energi total sistem tetap konstan, terjadi transisi terus menerus V dan sebaliknya.

pendulum matematika- poin materi, digantung pada seutas benang tanpa bobot yang tidak dapat diperpanjang (Gbr. 2).

Hal ini dapat dibuktikan dalam kasus ini

Pendulum pegas dan matematis adalah osilator harmonik (sebagaimana adanya rangkaian osilasi). Osilator harmonik adalah sistem yang dijelaskan dengan persamaan:

.

Getaran yang terjadi pada osilator harmonik adalah contoh penting gerak periodik dan berfungsi sebagai model perkiraan dalam banyak masalah fisika klasik dan kuantum.

Getaran mekanis teredam dan dipaksakan bebas.

Di setiap sistem nyata, saat melakukan osilasi mekanis, selalu ada gaya hambatan tertentu yang bekerja (gesekan pada titik suspensi, hambatan lingkungan, dll.), untuk mengatasinya sistem mengeluarkan energi, akibatnya osilasi mekanis bebas nyata selalu teredam.

Osilasi teredam- Ini adalah osilasi yang amplitudonya berkurang seiring waktu.

Mari kita temukan hukum perubahan amplitudo.

Untuk bandul pegas bermassa m, melakukan osilasi kecil di bawah aksi gaya elastis
Gaya gesekan sebanding dengan kecepatan:

dimana r adalah koefisien hambatan medium; tanda minus maksudnya
selalu arahnya berlawanan dengan kecepatan.

Menurut hukum Newton II, persamaan gerak pendulum berbentuk:

Mari kita nyatakan:

persamaan diferensial osilasi teredam bebas.

Solusi persamaan ini adalah ekspresi:

,

Di mana frekuensi siklik osilasi teredam bebas,

 0 - frekuensi siklik osilasi bebas tak teredam,

 - koefisien atenuasi,

A 0 - amplitudo pada momen waktu awal (t=0).

- hukum penurunan amplitudo.

Seiring waktu, amplitudo berkurang sesuai dengan hukum eksponensial(Gbr. 3).

Waktu relaksasi adalah waktu di mana amplitudo berkurang sekali.

.

Dengan demikian, adalah kebalikan dari waktu relaksasi.

Karakteristik paling penting dari osilasi teredam adalah penurunan redaman logaritmik .

Penurunan redaman logaritmik adalah logaritma natural dari rasio dua amplitudo yang berbeda satu sama lain dalam waktu dan periode:

.

Mari kita cari tahu arti fisiknya.

Z dan waktu relaksasi sistem akan mempunyai waktu untuk menyelesaikan N osilasi:

itu. - ini kuantitasnya kebalikan dari suatu bilangan osilasi, di mana amplitudo berkurang beberapa kali e.

Untuk mengkarakterisasi sistem osilasi, konsep faktor kualitas digunakan:

.

Faktor kualitas- kuantitas fisik sebanding dengan jumlah osilasi selama amplitudo berkurang e kali (Gbr. 4,
).

Dipaksa disebut osilasi yang terjadi dalam suatu sistem di bawah pengaruh perubahan periodik kekuatan eksternal.

Biarkan gaya luar berubah menurut hukum harmonik:

Selain gaya luar, sistem osilasi juga dipengaruhi oleh gaya pemulih dan gaya hambatan yang sebanding dengan kecepatan osilasi:

Osilasi paksa terjadi pada suatu frekuensi frekuensi yang sama kekuatan yang memaksa. Secara eksperimental telah ditetapkan bahwa perpindahan tertinggal dari kekuatan pendorong dalam perubahannya. Hal ini dapat dibuktikan

Di mana - amplitudo osilasi paksa,

- perbedaan fase osilasi Dan
,

;
.

Osilasi yang dipaksakan secara grafis disajikan pada Gambar 5.

E Jika gaya penggeraknya berubah menurut hukum harmonik, maka getarannya sendiri akan harmonis. Frekuensinya sama dengan frekuensi gaya penggerak, dan amplitudonya sebanding dengan amplitudo gaya penggerak.

Ketergantungan amplitudo pada frekuensi gaya penggerak mengarah pada fakta bahwa pada frekuensi tertentu yang ditentukan untuk sistem tertentu, amplitudo mencapai maksimum.

Gejala peningkatan tajam amplitudo osilasi paksa ketika frekuensi gaya penggerak mendekati frekuensi alami sistem (frekuensi resonansi) disebut resonansi(Gbr. 6).

Gelombang elastis.

Setiap benda elastis terdiri dari sejumlah besar partikel (atom, molekul) yang berinteraksi satu sama lain. Gaya interaksi muncul ketika jarak antar partikel berubah (tarikan terjadi ketika diregangkan, dan tolak-menolak terjadi ketika dikompresi) dan bersifat elektromagnetik. Jika ada partikel yang berpindah dari posisi setimbangnya karena pengaruh luar, maka partikel tersebut akan menarik partikel lain bersamanya ke arah yang sama, partikel kedua ini akan menarik partikel ketiga, dan gangguan tersebut akan merambat dari satu partikel ke partikel lainnya dalam medium dengan kecepatan tertentu. kecepatannya, tergantung pada sifat mediumnya. Jika suatu partikel digeser ke atas, maka di bawah aksi partikel atas, tolak-menolak, dan partikel bawah, tarik-menarik, ia akan mulai bergerak ke bawah, melewati posisi setimbang, bergerak ke bawah karena inersia, dsb., mis. akan melakukan gerak osilasi harmonik, memaksa partikel tetangganya berosilasi, dll. Oleh karena itu, ketika suatu gangguan merambat dalam suatu medium, semua partikel berosilasi dengan frekuensi yang sama, masing-masing mendekati posisi kesetimbangannya.

Proses perambatan getaran mekanis di media elastis disebut gelombang elastis. Proses ini bersifat periodik dalam ruang dan waktu. Ketika gelombang merambat, partikel-partikel medium tidak bergerak mengikuti gelombang, tetapi berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya. Bersamaan dengan gelombang, hanya keadaan gerak osilasi dan energinya yang ditransfer dari partikel ke partikel medium. Oleh karena itu, sifat utama semua gelombang adalah perpindahan energi tanpa perpindahan materi.

Ada gelombang elastik memanjang dan melintang.

Gelombang elastik disebut gelombang longitudinal jika partikel-partikel mediumnya berosilasi sepanjang arah rambat gelombang (Gbr. 7).

Untuk posisi relatif titik berosilasi ditandai dengan kondensasi dan penghalusan.

Ketika gelombang seperti itu merambat melalui medium, terjadi kondensasi dan penghalusan. Gelombang longitudinal timbul pada benda padat, cair dan benda gas, di mana deformasi elastis terjadi selama kompresi atau tarik.

Gelombang elastik disebut transversal jika partikel-partikel medium berosilasi tegak lurus terhadap arah rambat gelombang (Gbr. 8).

P Ketika gelombang transversal merambat dalam medium elastis, puncak dan lembah akan terbentuk. Gelombang geser mungkin terjadi dalam medium di mana deformasi geser menyebabkan gaya elastis, yaitu. V padatan. Pada antarmuka antara 2 zat cair atau zat cair dan gas, gelombang muncul pada permukaan zat cair; gelombang tersebut disebabkan oleh gaya tegangan atau gaya gravitasi.

Hanya dengan demikian gelombang memanjang, dalam benda padat - memanjang dan melintang.

Kecepatan rambat gelombang bergantung pada sifat elastis lingkungan dan kepadatannya. Kecepatan rambat gelombang longitudinal 1,5 kali lebih besar dibandingkan kecepatan rambat gelombang transversal.

Menyebar dari satu sumber, kedua gelombang tiba di penerima pada waktu yang berbeda. Dengan mengukur perbedaan waktu rambat gelombang longitudinal dan gelombang transversal, maka dapat diketahui letak sumber gelombang ( ledakan atom, pusat gempa, dll).

Di sisi lain, kecepatan rambat gelombang masuk kerak bumi bergantung pada batuan yang terletak di antara sumber dan penerima gelombang. Hal inilah yang mendasari metode geofisika untuk mempelajari komposisi kerak bumi dan mencari mineral.

Gelombang memanjang yang merambat dalam gas, zat cair dan zat padat dan dirasakan oleh manusia disebut gelombang bunyi. Frekuensinya berkisar antara 16 hingga 20.000 Hz, di bawah 16 Hz - infrasonik, di atas 20.000 Hz - ultrasonik.

Sokolov S.Ya., anggota koresponden dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, pada tahun 1927-28. menemukan kemampuan gelombang ultrasonik untuk menembus logam dan mengembangkan teknik deteksi cacat ultrasonik, membangun generator ultrasonik pertama pada 10 9 Hz. Pada tahun 1945, ia adalah orang pertama yang mengembangkan metode untuk mengubah gelombang mekanik menjadi cahaya tampak dan menciptakan mikroskop ultrasonik.

Gelombang yang menyebar dari sumber osilasi mencakup lebih banyak wilayah ruang baru.

Letak geometri titik-titik yang merambat pada waktu tertentu t disebut gelombang depan.

Letak geometri titik-titik yang berosilasi dalam satu fasa disebut permukaan gelombang.

Ada banyak sekali permukaan gelombang yang dapat digambar, tetapi penampakannya sama untuk gelombang tertentu. Muka gelombang mewakili permukaan gelombang pada waktu tertentu.

Pada prinsipnya permukaan gelombang bisa berbentuk apa saja, dan dalam kasus paling sederhana itu adalah sekumpulan bidang paralel atau bola konsentris (Gbr. 9).

Gelombang itu disebut datar, jika bagian depannya adalah bidang.

DI DALAM gelombang itu disebut bulat, jika bagian depannya merupakan permukaan bola.

DI DALAM Gelombang yang merambat dalam medium isotropik homogen dari sumber titik berbentuk bola. Pada jarak yang jauh dari sumbernya, gelombang bola dapat dianggap sebagai gelombang bidang.

Prinsip Huygens: setiap titik muka gelombang (yaitu, setiap partikel medium yang berosilasi) merupakan sumber gelombang bola sekunder. Posisi baru muka gelombang diwakili oleh selubung gelombang sekunder ini.

Pernyataan ini dibuat pada tahun 1690 oleh ilmuwan Belanda Huygens. Validitasnya dapat diilustrasikan dengan bantuan gelombang di permukaan air yang meniru gelombang bola yang timbul pada volume medium elastis.

dan 1 in 1 - depan pada saat t 1,

dan 2 in 2 - depan pada saat t 2.

Setelah memblokir permukaan air dengan penghalang berlubang kecil dan mengarahkan gelombang bidang ke penghalang tersebut, kami yakin bahwa di balik penghalang tersebut - gelombang bola(Gbr. 10).

Berlari disebut gelombang yang mentransfer energi di ruang angkasa.

Mari kita peroleh persamaan gelombang bidang merambat, dengan asumsi osilasi bersifat harmonis dan sumbu Y berimpit dengan arah rambat gelombang.

Persamaan gelombang menentukan ketergantungan perpindahan partikel medium yang berosilasi pada koordinat dan waktu.

Biarkan beberapa partikel medium DI DALAM(Gbr. 11) terletak agak jauh pada dari sumber getaran yang terletak pada titik tersebut TENTANG. Pada intinya TENTANG perpindahan suatu partikel medium dari posisi setimbang terjadi menurut hukum harmonik,

Di mana T- waktu dihitung dari awal osilasi.

Pada intinya CDi mana
- waktu selama gelombang meninggalkan titik tersebut HAI langsung pada intinya C, - kecepatan rambat gelombang.

-persamaan gelombang perjalanan bidang.

Persamaan ini menentukan besarnya perpindahan X titik berosilasi yang dicirikan oleh koordinat pada, kapan saja T.

Jika gelombang bidang merambat bukan ke arah positif sumbu Y, melainkan ke dalam arah berlawanan, Itu

Karena persamaan gelombang dapat ditulis sebagai

Jarak antara titik-titik terdekat yang berosilasi dalam fase yang sama disebut panjang gelombang.

Panjang gelombang- jarak rambat gelombang selama periode osilasi partikel medium, mis.

.

Karena

dimana bilangan gelombangnya.

DI DALAM kasus umum
.

Getaran bebas selalu teredam karena kehilangan energi (gesekan, hambatan sedang, hambatan penghantar arus listrik dll.). Sementara itu, baik di bidang teknologi maupun di bidangnya eksperimen fisik Ada kebutuhan mendesak akan osilasi yang tidak teredam, yang periodisitasnya tetap sama selama sistem masih berosilasi. Bagaimana osilasi tersebut diperoleh? Kita tahu bahwa osilasi paksa, di mana energi yang hilang digantikan oleh kerja gaya eksternal periodik, tidak teredam. Tapi dari mana datangnya gaya periodik eksternal? Bagaimanapun, hal ini, pada gilirannya, membutuhkan sumber dari semacam osilasi yang tidak teredam.

Osilasi yang tidak teredam diciptakan oleh perangkat yang dapat mempertahankan osilasinya karena sumber energi yang konstan. Perangkat seperti ini disebut sistem berosilasi sendiri.

Pada Gambar. 55 menunjukkan contoh perangkat elektromekanis semacam ini. Beban tersebut digantung pada sebuah pegas yang ujung bawahnya dicelupkan ke dalam secangkir air raksa ketika pendulum pegas tersebut berosilasi. Salah satu kutub baterai dihubungkan ke pegas di bagian atas, dan kutub lainnya ke cangkir air raksa. Saat menurunkan beban rangkaian listrik menutup dan arus mengalir melalui pegas. Kumparan pegas berkat medan magnet Arus mulai saling tarik menarik, pegas berkontraksi, dan beban menerima dorongan ke atas. Kemudian kontak putus, kumparan berhenti mengencang, beban turun lagi, dan seluruh proses diulangi lagi.

Dengan demikian, osilasi bandul pegas yang akan mati dengan sendirinya dipertahankan oleh guncangan periodik yang disebabkan oleh osilasi bandul itu sendiri. Dengan setiap dorongan, baterai melepaskan sebagian energi, sebagian digunakan untuk mengangkat beban. Sistem itu sendiri mengontrol gaya yang bekerja padanya dan mengatur aliran energi dari sumber – baterai. Osilasi tidak padam justru karena selama setiap periode energi yang diambil dari baterai sama banyaknya dengan energi yang dikeluarkan selama waktu yang sama untuk gesekan dan kerugian lainnya. Adapun periode osilasi tak teredam ini praktis bertepatan dengan periode osilasi alami beban pada pegas, yaitu ditentukan oleh kekakuan pegas dan massa beban.

Beras. 55. Osilasi sendiri suatu beban pada pegas

Dengan cara yang sama, osilasi palu yang tidak teredam terjadi pada bel listrik, dengan satu-satunya perbedaan adalah bahwa guncangan periodik di dalamnya dihasilkan oleh elektromagnet terpisah yang menarik jangkar yang dipasang pada palu. Dengan cara yang sama, seseorang dapat memperoleh osilasi diri dengan frekuensi suara, misalnya, membangkitkan getaran garpu tala yang tidak teredam (Gbr. 56). Ketika kaki garpu tala bergerak menjauh, kontak 1 menutup; arus melewati belitan elektromagnet 2, dan elektromagnet mengencangkan kaki garpu tala. Dalam hal ini, kontak terbuka, dan kemudian seluruh siklus diulangi.

Beras. 56. Getaran sendiri pada garpu tala

Perbedaan fasa antara osilasi dan gaya yang diaturnya sangat penting untuk terjadinya osilasi. Mari kita pindahkan kontak 1 dari di luar kaki garpu tala di bagian dalam. Penutupan sekarang terjadi bukan ketika kaki-kakinya menyimpang, tetapi ketika kaki-kaki itu mendekat, yaitu momen penyalaan elektromagnet dimajukan setengah periode dibandingkan percobaan sebelumnya. Sangat mudah untuk melihat bahwa dalam hal ini garpu tala akan dikompresi sepanjang waktu oleh elektromagnet yang dihidupkan secara terus menerus, yaitu tidak akan terjadi osilasi sama sekali.

Sistem osilasi mandiri elektromekanis digunakan secara luas dalam teknologi, tetapi perangkat osilasi mandiri mekanis murni juga tidak kalah umum dan penting. Cukup dengan menunjuk ke mekanisme jam mana saja. Osilasi pendulum atau penyeimbang jam yang tidak teredam didukung oleh energi potensial dari beban yang diangkat atau oleh energi elastis pegas yang digulung.

Gambar 57 mengilustrasikan prinsip pengoperasian jam pendulum Galileo-Huygens (§ 11). Gambar ini menunjukkan apa yang disebut jalur jangkar. Sebuah roda dengan gigi miring 1 (roda berjalan) dipasang secara kaku pada drum bergigi, di mana rantai dengan beban 2 dilemparkan. Sebuah palang 4 (jangkar) dipasang pada pendulum 3, di ujungnya terdapat palet 5. tetap - pelat melengkung membentuk lingkaran dengan pusat pada sumbu pendulum 6. Jangkar tidak memungkinkan roda berjalan berputar bebas, tetapi memberikan kesempatan untuk memutar hanya satu gigi untuk setiap setengah periode pendulum. Namun roda berjalan juga bekerja pada pendulum, yaitu ketika gigi roda berjalan bersentuhan permukaan melengkung palet kiri atau kanan, pendulum tidak menerima dorongan dan hanya sedikit melambat karena gesekan. Namun pada saat gigi roda yang sedang berjalan “menabrak” ujung palet, pendulum menerima dorongan ke arah pergerakannya. Dengan demikian, pendulum membuat osilasi yang tidak teredam, karena pada posisi tertentu pendulum memungkinkan roda yang sedang berjalan untuk mendorong dirinya sendiri ke dalam. ke arah yang benar. Guncangan ini mengisi kembali energi yang dihabiskan untuk gesekan. Periode osilasi dalam hal ini hampir bertepatan dengan periode osilasi alami bandul, yaitu tergantung pada panjangnya.

Beras. 57. Diagram mekanisme jam

Osilasi sendiri juga merupakan getaran senar di bawah aksi busur (berbeda dengan getaran bebas senar piano, harpa, gitar, dan instrumen senar tidak membungkuk lainnya yang digerakkan dengan satu dorongan atau sentakan); osilasi diri adalah suara alat musik tiup alat musik, pergerakan piston mesin uap dan banyak proses periodik lainnya.

Ciri khas osilasi mandiri adalah amplitudonya ditentukan oleh sifat sistem itu sendiri, dan bukan oleh defleksi atau dorongan awal, seperti pada osilasi bebas. Jika, misalnya, pendulum jam tangan dibelokkan terlalu besar, maka kerugian gesekan akan lebih besar daripada masukan energi dari mekanisme belitan, dan amplitudonya akan berkurang. Sebaliknya jika amplitudo diperkecil, maka kelebihan energi yang diberikan ke pendulum oleh roda yang sedang berjalan akan menyebabkan amplitudo bertambah. Amplitudo di mana konsumsi dan pasokan energi seimbang akan ditetapkan secara otomatis.

Radiasi, radioaktivitas, dan emisi radio merupakan konsep yang bahkan terdengar cukup berbahaya. Dalam artikel ini Anda akan mempelajari mengapa beberapa zat bersifat radioaktif dan apa artinya. Mengapa semua orang begitu takut terhadap radiasi dan seberapa berbahayanya? Di mana kita dapat menemukan zat radioaktif dan apa ancamannya bagi kita?

Konsep radioaktivitas

Yang saya maksud dengan radioaktivitas adalah “kemampuan” atom-atom dari isotop tertentu untuk membelah dan dengan demikian menciptakan radiasi. Istilah “radioaktivitas” tidak serta merta muncul. Awalnya, radiasi tersebut disebut sinar Becquerel, untuk menghormati ilmuwan yang menemukannya saat bekerja dengan isotop uranium. Kami sekarang menyebut proses ini dengan istilah “ radiasi radioaktif».

Dalam proses yang agak rumit ini, atom asli diubah menjadi atom yang sama sekali berbeda. unsur kimia. Karena pelepasan partikel alfa atau beta, nomor massa atom berubah dan, karenanya, ia bergerak sesuai dengan tabel D.I. Perlu dicatat bahwa nomor massanya berubah, tetapi massanya sendiri hampir tetap sama.

Berdasarkan informasi ini, kita dapat sedikit mengubah definisi konsepnya. Jadi, radioaktivitas juga merupakan kemampuan inti atom yang tidak stabil untuk bertransformasi secara mandiri menjadi inti atom lain yang lebih stabil dan stabil.

Zat - apakah itu?

Sebelum kita membahas apa itu zat radioaktif, mari kita definisikan secara umum apa yang disebut dengan zat. Jadi, pertama-tama, ini adalah suatu jenis materi. Masuk akal juga bahwa materi ini terdiri dari partikel, dan dalam kasus kita paling sering berupa elektron, proton, dan neutron. Di sini kita sudah berbicara tentang atom yang terdiri dari proton dan neutron. Ya, molekul, ion, kristal, dan sebagainya terbuat dari atom.

Konsep zat kimia didasarkan pada prinsip yang sama. Jika inti dalam suatu materi tidak dapat diisolasi, maka inti tersebut tidak dapat diklasifikasikan sebagai zat kimia.

Tentang zat radioaktif

Seperti disebutkan di atas, untuk menunjukkan radioaktivitas, sebuah atom harus membusuk secara spontan dan berubah menjadi atom dari unsur kimia yang sama sekali berbeda. Jika semua atom suatu zat cukup tidak stabil untuk meluruh dengan cara ini, maka Anda mempunyai zat radioaktif. Lagi bahasa teknis definisinya kira-kira seperti ini: suatu zat dikatakan radioaktif jika mengandung radionuklida, dan dalam konsentrasi yang tinggi.

Di manakah letak zat radioaktif pada tabel D.I.

Cukup sederhana dan cara mudah untuk mengetahui apakah suatu zat bersifat radioaktif adalah dengan melihat tabel D.I. Segala sesuatu yang muncul setelah unsur timbal adalah unsur radioaktif, begitu pula prometium dan teknesium. Penting untuk mengingat zat mana yang bersifat radioaktif, karena dapat menyelamatkan nyawa Anda.

Ada juga sejumlah elemen yang memiliki setidaknya satu isotop radioaktif dalam campuran alami mereka. Berikut adalah sebagian daftarnya, yang menunjukkan beberapa elemen paling umum:

• Kalium.
• Kalsium.
• Vanadium.
• Germanium.
• Selenium.
• Rubidium.
• Zirkonium.
• Molibdenum.
• Kadmium.
• India.

Zat radioaktif termasuk zat yang mengandung isotop radioaktif.

Jenis radiasi radioaktif

Ada beberapa jenis radiasi radioaktif yang akan dibahas sekarang. Radiasi alfa dan beta telah disebutkan, tetapi ini bukanlah daftar keseluruhan.

Radiasi alfa merupakan radiasi yang paling lemah dan berbahaya jika partikelnya masuk langsung ke dalam tubuh manusia. Radiasi semacam ini dihasilkan oleh partikel-partikel berat, sehingga mudah dihentikan bahkan oleh selembar kertas. Untuk alasan yang sama, sinar alfa tidak merambat lebih dari 5 cm.

Radiasi beta lebih kuat dari yang sebelumnya. Ini adalah radiasi elektron yang jauh lebih ringan dari partikel alfa, sehingga dapat menembus beberapa sentimeter ke dalam kulit manusia.

Radiasi gamma diwujudkan oleh foton, yang dengan mudah menembus lebih jauh lagi organ dalam orang.

Radiasi yang paling kuat dalam hal penetrasi adalah radiasi neutron. Cukup sulit untuk bersembunyi darinya, namun nyatanya tidak ada di alam, kecuali mungkin di sekitar reaktor nuklir.

Dampak radiasi pada manusia

Radioaktif zat berbahaya seringkali bisa berakibat fatal bagi manusia. Selain itu, paparan radiasi mempunyai dampak yang tidak dapat diubah. Jika Anda terkena radiasi, Anda akan dikutuk. Tergantung pada tingkat kerusakannya, seseorang akan meninggal dalam beberapa jam atau berbulan-bulan.

Pada saat yang sama, harus dikatakan bahwa manusia terus menerus terkena radiasi radioaktif. Syukurlah itu cukup lemah untuk dimiliki kematian. Misalnya dengan melihat pertandingan sepak bola di televisi, Anda mendapat radiasi 1 mikrorad. Hingga 0,2 rad per tahun umumnya merupakan latar belakang radiasi alami planet kita. Hadiah ke-3 - porsi radiasi Anda selama rontgen gigi. Paparan lebih dari 100 rad sudah berpotensi berbahaya.

Zat radioaktif berbahaya, contoh dan peringatannya

Zat radioaktif yang paling berbahaya adalah Polonium-210. Karena radiasi di sekitarnya, Anda bahkan dapat melihat semacam “aura” yang bersinar. warna biru. Patut dikatakan bahwa ada stereotip bahwa semua zat radioaktif bersinar. Hal ini sama sekali tidak benar, meski ada varian seperti Polonium-210. Kebanyakan zat radioaktif sama sekali tidak terlihat mencurigakan.

Livermorium saat ini dianggap sebagai logam paling radioaktif. Isotopnya Livermorium-293 membutuhkan waktu 61 milidetik untuk meluruh. Ini ditemukan pada tahun 2000. Ununpentium sedikit lebih rendah darinya. Waktu peluruhan Ununpentia-289 adalah 87 milidetik.

Juga fakta menarik adalah bahwa zat yang sama bisa jadi tidak berbahaya (jika isotopnya stabil) dan bersifat radioaktif (jika inti isotopnya akan runtuh).

Ilmuwan yang mempelajari radioaktivitas

Zat radioaktif untuk waktu yang lama tidak dianggap berbahaya, dan oleh karena itu dipelajari secara bebas. Sayangnya, kematian yang menyedihkan telah mengajarkan kita bahwa kita perlu berhati-hati dengan zat-zat tersebut dan peningkatan tingkat keamanan.

Salah satu yang pertama, sebagaimana telah disebutkan, adalah Antoine Becquerel. Ini bagus fisikawan Perancis, milik siapa ketenaran penemu radioaktivitas. Atas jasanya ia dianugerahi keanggotaan di London masyarakat kerajaan. Karena kontribusinya pada bidang ini, ia meninggal dalam usia yang cukup muda, pada usia 55 tahun. Namun karyanya dikenang hingga saat ini. Satuan radioaktivitas itu sendiri, serta kawah di Bulan dan Mars, diberi nama untuk menghormatinya.

Yang tak kalah hebatnya adalah Marie Skłodowska-Curie yang bekerja dengannya zat radioaktif bersama suaminya Pierre Curie. Maria juga orang Prancis, meskipun berasal dari Polandia. Selain fisika, ia juga terlibat dalam mengajar dan bahkan aktif kegiatan sosial. Marie Curie - pemenang wanita pertama Hadiah Nobel dalam dua disiplin ilmu sekaligus: fisika dan kimia. Penemuan unsur radioaktif seperti Radium dan Polonium adalah prestasi Marie dan Pierre Curie.

Kesimpulan

Seperti yang bisa kita lihat, ada cukup radioaktivitas proses yang kompleks, yang tidak selalu berada di bawah kendali manusia. Ini adalah salah satu kasus di mana orang mendapati dirinya sama sekali tidak berdaya menghadapi bahaya. Inilah mengapa penting untuk diingat bahwa hal-hal yang benar-benar berbahaya bisa sangat menipu tampilannya.

Anda paling sering dapat mengetahui apakah suatu zat bersifat radioaktif atau tidak setelah terkena paparannya. Oleh karena itu, berhati-hatilah dan penuh perhatian. Reaksi radioaktif membantu kita dalam banyak hal, namun kita juga tidak boleh lupa bahwa ini adalah kekuatan yang sebenarnya berada di luar kendali kita.

Selain itu, perlu diingat kontribusi para ilmuwan besar dalam studi radioaktivitas. Mereka memberi kami jumlah yang luar biasa pengetahuan yang bermanfaat, yang kini menyelamatkan nyawa, menyediakan energi bagi seluruh negara, dan membantu mengobati penyakit-penyakit mengerikan. Bahan kimia radioaktif merupakan bahaya dan berkah bagi umat manusia.

Kita semua terpapar radiasi dalam satu atau lain bentuk setiap hari. Namun, di dua puluh lima tempat, yang akan kami ceritakan di bawah, tingkat radiasinya jauh lebih tinggi, itulah sebabnya mereka termasuk dalam daftar 25 tempat paling berbahaya. tempat radioaktif di dunia. Jika Anda memutuskan untuk mengunjungi salah satu tempat ini, jangan marah jika nanti Anda menemukan sepasang mata ekstra saat bercermin...(yah, mungkin itu berlebihan...atau mungkin tidak).

25. Penjarahan logam alkali tanah| Karunagappally, India

Karunagappalli adalah sebuah kotamadya di distrik Kollam. negara bagian India Kerala, tempat logam langka ditambang. Beberapa logam tersebut, terutama monasit, telah menjadi pasir pantai dan sedimen aluvial akibat erosi. Oleh karena itu, radiasi di beberapa tempat di pantai mencapai 70 mGy/tahun.

24. Benteng d'Aubervilliers |


Uji radiasi menemukan radiasi yang cukup kuat di Fort D'Aubervilliers. Selain itu, 60 tangki ditemukan di 61 tangki Cesium-137 dan radium-226 meter kubik wilayahnya juga terkontaminasi radiasi.

23. Pabrik Pengolahan Logam Bekas Acerinox | Los Barrios, Spanyol


Dalam kasus ini, sumber cesium-137 tidak terdeteksi oleh perangkat pemantauan di tempat pembuangan logam bekas Acherinox. Saat meleleh, sumbernya mengeluarkan awan radioaktif dengan tingkat radiasi 1.000 kali lipat dari normal. Kontaminasi kemudian dilaporkan di Jerman, Perancis, Italia, Swiss dan Austria.

22. Laboratorium Lapangan Santa Susana NASA | Lembah Simi, Kalifornia


Kota Simi Valley, California, adalah rumah bagi Laboratorium Lapangan Santa Susanna NASA, dan selama bertahun-tahun, masalah telah terdeteksi di sekitar sepuluh reaktor nuklir daya rendah karena beberapa kebakaran yang melibatkan logam radioaktif. Operasi pembersihan saat ini sedang berlangsung di lokasi yang sangat terkontaminasi ini.

21. Pabrik Produksi Plutonium Mayak | Muslimovo, Uni Soviet


Karena pabrik ekstraksi plutonium Mayak yang dibangun pada tahun 1948, penduduk Muslimovo di selatan Pegunungan Ural menderita akibat penggunaan air minum, terkontaminasi radiasi, yang menyebabkan penyakit kronis dan cacat fisik.

20. Pabrik Uranium Batu Gereja | Gereja Rock, New Mexico


Selama kecelakaan pabrik pengayaan uranium Church Rock yang terkenal, lebih dari seribu ton limbah padat radioaktif dan 352.043 meter kubik larutan limbah radioaktif asam tumpah ke Sungai Puerco. Hasilnya, tingkat radiasi meningkat hingga 7.000 kali lipat dari normal. Sebuah penelitian yang dilakukan pada tahun 2003 menunjukkan bahwa air sungai masih tercemar.

19. Apartemen | Kramatorsk, Ukraina


Pada tahun 1989, sebuah kapsul kecil berisi cesium-137 yang sangat radioaktif ditemukan di dalam dinding beton sebuah bangunan tempat tinggal di Kramatorsk, Ukraina. Permukaan kapsul ini memiliki dosis radiasi gamma sebesar 1800 R/tahun. Akibatnya, enam orang tewas dan 17 orang luka-luka.

18. Rumah bata | Yangjiang, Tiongkok


Distrik perkotaan Yangjiang penuh dengan rumah-rumah yang terbuat dari pasir dan batu bata tanah liat. Sayangnya, pasir di kawasan ini berasal dari bagian perbukitan yang mengandung monasit, yang terurai menjadi radium, anemon laut, dan radon. Tingginya tingkat radiasi unsur-unsur ini menjelaskannya tingkat tinggi kejadian kanker di daerah tersebut.

17. Radiasi latar belakang alami | Ramsar, Iran


Bagian Iran ini memiliki salah satu tingkat sumber daya alam tertinggi radiasi latar belakang di dunia. Tingkat radiasi di Ramsar mencapai 250 milisievert per tahun.

16. Pasir radioaktif | Guarapari, Brasil


Akibat erosi alam unsur radioaktif Pasir monasit di pantai Guarapari mengandung radioaktif, dengan tingkat radiasi mencapai 175 milisievert, jauh dari tingkat yang dapat diterima yaitu 20 milisievert.

15. Situs Radioaktif McClure | Scarborough, Ontario


Situs radioaktif McClure, sebuah pembangunan perumahan di Scarborough, Ontario, telah menjadi situs yang terkontaminasi radiasi sejak tahun 1940-an. Kontaminasi ini disebabkan oleh radium yang diperoleh dari besi tua yang akan digunakan untuk percobaan.

14. Mata air bawah tanah Mata Air Bawah Tanah Paralana | Arkaroola, Australia


Mata Air Paralana di bawah tanah mengalir melalui bebatuan yang kaya akan uranium dan, menurut penelitian, mata air panas ini telah membawa radioaktif radon dan uranium ke permukaan selama lebih dari satu miliar tahun.

13. Institut Radioterapi Goiás (Instituto Goiano de Radioterapia) | Goias, Brasil


Kontaminasi radioaktif di Goiás, Brasil disebabkan oleh radioaktif kecelakaan radiasi setelah mencuri sumber terapi radiasi dari rumah sakit yang ditinggalkan. Ratusan ribu orang telah meninggal akibat polusi tersebut, dan bahkan hingga saat ini radiasi masih merajalela di beberapa wilayah di Goiás.

12. Pusat Federal Pusat Federal Denver | Denver, Colorado


Pusat Federal Denver telah digunakan sebagai tempat pembuangan berbagai limbah, termasuk bahan kimia, material yang terkontaminasi dan puing-puing pembongkaran jalan. Limbah ini diangkut ke berbagai lokasi sehingga mengakibatkan kontaminasi radioaktif di beberapa wilayah di Denver.

11. Basis angkatan udara McGuire Angkatan Udara Basis) | Kabupaten Burlington, New Jersey


Pada tahun 2007, Pangkalan Angkatan Udara McGuire ditetapkan oleh Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat sebagai Perlindungan Lingkungan Agency) salah satu pangkalan udara paling tercemar di negara ini. Pada tahun yang sama, militer AS memerintahkan pembersihan kontaminan di pangkalan tersebut, namun kontaminasi masih ada di sana.

10. Situs Reservasi Nuklir Hanford | Hanford, Washington


Sebagai bagian integral dari proyek bom atom Amerika, kompleks Hanford menghasilkan plutonium untuk bom atom yang akhirnya dijatuhkan di Nagasaki, Jepang. Meskipun timbunan plutonium telah dihapuskan, sekitar dua pertiga volumenya tetap berada di Hanford, sehingga menyebabkan kontaminasi air tanah.

9. Di tengah laut | Laut Tengah


Sindikat tersebut diyakini menguasai Mafia Italia, menggunakan Laut Mediterania sebagai tempat pembuangan limbah radioaktif berbahaya. Diperkirakan sekitar 40 kapal yang membawa limbah beracun dan radioaktif sedang berlayar melalui Laut Mediterania, berangkat jumlah besar limbah radioaktif di lautan.

8. Pantai Somalia | Mogadishu, Somalia


Beberapa orang mengklaim bahwa tanah di pantai Somalia yang tidak terlindungi telah digunakan oleh mafia untuk membuang limbah nuklir dan logam beracun, termasuk 600 barel bahan beracun. Sayangnya, hal ini menjadi kenyataan ketika tsunami melanda pantai pada tahun 2004 dan ditemukannya tong-tong berkarat yang terkubur di sini beberapa dekade lalu.

7. Asosiasi Produksi"Mayak" | Mayak, Rusia


Mercusuar di Rusia selama beberapa dekade merupakan lokasi pembangkit listrik tenaga nuklir besar. Semuanya dimulai pada tahun 1957, ketika sekitar 100 ton limbah radioaktif dilepaskan ke dalamnya lingkungan selama bencana yang menyebabkan ledakan yang mencemari area yang luas. Namun, tidak ada laporan mengenai ledakan ini hingga tahun 1980, ketika diketahui bahwa sejak tahun 50-an, limbah radioaktif dari pembangkit listrik telah dibuang ke tempat lain. daerah sekitarnya, termasuk Danau Karachay. Kontaminasi tersebut membuat lebih dari 400.000 orang terpapar radiasi tingkat tinggi.

6. Pembangkit Listrik Sellafield | Sellafield, Inggris


Sebelum diubah menjadi situs komersial, Sellafield di Inggris digunakan untuk memproduksi plutonium untuk bom atom. Saat ini, sekitar dua pertiga bangunan yang berlokasi di Sellafield dianggap terkontaminasi radioaktif. Fasilitas ini mengeluarkan sekitar delapan juta liter limbah terkontaminasi setiap hari, mencemari lingkungan dan menyebabkan kematian bagi orang-orang yang tinggal di sekitarnya.

5. Siberia pabrik kimia| Siberia, Rusia


Sama seperti Mayak, Siberia juga merupakan rumah bagi salah satu pabrik kimia terbesar di dunia. Pabrik Kimia Siberia memproduksi 125.000 ton limbah padat mencemari air tanah daerah sekitarnya. Studi ini juga menemukan bahwa angin dan hujan membawa sampah ini ke sana margasatwa, menelepon tingkat tinggi kematian di antara hewan liar.

4. Poligon | Semipalatinsk situs pengujian, Kazakstan


Lokasi uji coba di Kazakhstan terkenal dengan proyek bom atomnya. Tempat terpencil ini diubah menjadi fasilitas tempat Uni Soviet meledakkannya yang pertama bom atom. TPA saat ini memegang rekor konsentrasi terbesar ledakan nuklir di dunia. Sekitar 200 ribu orang saat ini menderita dampak radiasi ini.

3. Barat pertambangan dan pabrik kimia| Mailuu-Suu, Kirgistan


Mailuu-Suu dianggap sebagai salah satu tempat paling tercemar di dunia. Berbeda dengan tempat radioaktif lainnya, tempat ini tidak menerima radiasi bom nuklir atau pembangkit listrik, namun dari aktivitas penambangan dan pemrosesan uranium skala besar, melepaskan sekitar 1,96 juta meter kubik limbah radioaktif di wilayah tersebut.

2. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Chernobyl | Chernobyl, Ukraina


Sangat terkontaminasi radiasi, Chernobyl adalah lokasi salah satu kecelakaan nuklir terburuk di dunia. Selama bertahun-tahun bencana radiasi Bencana Chernobyl berdampak pada enam juta orang di wilayah tersebut dan diperkirakan mengakibatkan sekitar 4.000 hingga 93.000 kematian. Bencana nuklir Chernobyl melepaskan radiasi 100 kali lebih banyak ke atmosfer daripada yang dilepaskan akibat ledakan bom nuklir di Nagasaki dan Hiroshima.

1. Pembangkit listrik tenaga nuklir Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Fukushima Daini | Fukushima, Jepang


Dampak gempa bumi di Prefektur Fukushima di Jepang disebut-sebut sebagai yang paling lama berlangsung bahaya nuklir di dunia. Bencana ini, dianggap yang terburuk kecelakaan nuklir setelah Bencana Chernobyl, menyebabkan hancurnya tiga reaktor, yang menyebabkan kebocoran radiasi besar yang ditemukan 322 kilometer dari pembangkit listrik.