Nihajno gibanje je. Nihajno gibanje

Značilnosti nihanja

Faza določa stanje sistema, in sicer koordinato, hitrost, pospešek, energijo itd.

Ciklična frekvenca označuje hitrost spremembe v fazi nihanj.

Za začetno stanje nihajnega sistema je značilno začetna faza

Amplituda nihanja A- to je največji odmik od ravnotežnega položaja

Obdobje T- to je časovno obdobje, v katerem točka opravi en popoln nihaj.

Frekvenca nihanja je število popolnih nihanj na časovno enoto t.

Frekvenca, ciklična frekvenca in obdobje nihanja so povezani kot

Vrste vibracij

Nihanja, ki se pojavljajo v zaprtih sistemih, imenujemo prost oz lasten nihanja. Imenujejo se nihanja, ki nastanejo pod vplivom zunanjih sil prisiljeni. Tukaj so tudi samonihanja(vsiljeno samodejno).

Če upoštevamo nihanja glede na spreminjajoče se značilnosti (amplituda, frekvenca, perioda itd.), jih lahko razdelimo na harmonično, bledenje, raste(kot tudi žagasto, pravokotno, kompleksno).

Med prostim nihanjem v realnih sistemih vedno prihaja do izgub energije. Mehanska energija se porabi na primer za opravljanje dela za premagovanje sil zračnega upora. Pod vplivom trenja se amplituda nihanj zmanjša, čez nekaj časa pa se nihanja ustavijo. Očitno je, da večja kot je sila upora gibanja, hitreje se nihanja ustavijo.

Prisilne vibracije. Resonanca

Prisilna nihanja so nedušena. Zato je treba za vsako nihajno dobo nadomestiti izgube energije. Da bi to naredili, je potrebno na nihajoče telo vplivati ​​s silo, ki se občasno spreminja. Prisilna nihanja se pojavljajo s frekvenco, ki je enaka frekvenci sprememb zunanje sile.

Prisilne vibracije

Amplituda prisilnih mehanskih vibracij doseže največjo vrednost, če frekvenca pogonske sile sovpada s frekvenco nihajnega sistema. Ta pojav se imenuje resonanca.

Na primer, če občasno potegnemo vrvico v taktu z lastnimi vibracijami, bomo opazili povečanje amplitude njenih vibracij.

Če z mokrim prstom premikate po robu kozarca, bo kozarec zazvenel. Čeprav ni opazno, se prst premika občasno in prenaša energijo na steklo v kratkih sunkih, zaradi česar steklo vibrira

Stene kozarca začnejo vibrirati tudi, če nanj usmerimo zvočni val s frekvenco, ki je enaka njegovi. Če amplituda postane zelo velika, lahko steklo celo poči. Zaradi resonance, ko je F.I. Chaliapin pel, so kristalni obeski lestencev trepetali (odmevali). Pojav resonance lahko opazimo tudi v kopalnici. Če nežno pojete zvoke različnih frekvenc, bo na eni od frekvenc nastala resonanca.

Pri glasbilih vlogo resonatorjev opravljajo deli njihovih teles. Človek ima tudi svoj resonator - to je ustna votlina, ki ojača proizvedene zvoke.

V praksi je treba upoštevati pojav resonance. V nekaterih primerih je lahko koristno, v drugih pa škodljivo. Resonančni pojavi lahko povzročijo nepopravljivo škodo v različnih mehanskih sistemih, kot so slabo zasnovani mostovi. Tako se je leta 1905 zrušil Egipčanski most v Sankt Peterburgu, ko se je po njem peljala konjska eskadrilja, leta 1940 pa se je zrušil most Tacoma v ZDA.

Pojav resonance se uporablja, ko je treba s pomočjo majhne sile doseči veliko povečanje amplitude tresljajev. Na primer, težek jezik velikega zvona je mogoče zanihati z uporabo relativno majhne sile s frekvenco, ki je enaka naravni frekvenci zvona.

V fiziki obstajajo različne vrste nihanj, za katere so značilni določeni parametri. Oglejmo si njihove glavne razlike in razvrstitev glede na različne dejavnike.

Osnovne definicije

Nihanje pomeni proces, pri katerem imajo v enakomernih časovnih intervalih glavne značilnosti gibanja enake vrednosti.

Periodična nihanja so tista, pri katerih se vrednosti osnovnih količin ponavljajo v enakomernih intervalih (nihajna doba).

Vrste nihajnih procesov

Razmislimo o glavnih vrstah nihanj, ki obstajajo v temeljni fiziki.

Proste vibracije so tiste, ki nastanejo v sistemu, ki po začetnem udarcu ni podvržen zunanjim spremenljivim vplivom.

Primer prostega nihanja je matematično nihalo.

Tiste vrste mehanskih vibracij, ki nastanejo v sistemu pod vplivom zunanje spremenljive sile.

Značilnosti klasifikacije

Glede na njihovo fizično naravo ločimo naslednje vrste nihajnih gibanj:

• mehanski;
• termični;
• elektromagnetni;
• mešano.

Glede na možnost interakcije z okoljem

Vrste nihanj v interakciji z okoljem so razdeljene v več skupin.

Prisilna nihanja se pojavijo v sistemu pod vplivom zunanjega periodičnega delovanja. Kot primere te vrste vibracij upoštevajte gibanje rok in listov na drevesih.

Za prisilna harmonična nihanja se lahko pojavi resonanca, pri kateri se pri enakih vrednostih frekvence zunanjega vpliva in oscilatorja amplituda močno poveča.

Lastna nihanja v sistemu pod vplivom notranjih sil po tem, ko se sistem premakne iz ravnovesnega stanja. Najenostavnejša različica prostih vibracij je gibanje bremena, ki je obešeno na navoj ali pritrjeno na vzmet.

Samonihanja se imenujejo vrste, pri katerih ima sistem določeno rezervo potencialne energije, ki se uporablja za nihanje. Njihova značilnost je dejstvo, da je amplituda označena z lastnostmi samega sistema in ne z začetnimi pogoji.

Za naključna nihanja ima zunanja obremenitev naključno vrednost.

Osnovni parametri nihajnih gibanj

Vse vrste vibracij imajo določene značilnosti, ki jih je treba posebej omeniti.

Amplituda je največje odstopanje od ravnotežnega položaja, odstopanje nihajoče količine in se meri v metrih.

Perioda je čas enega popolnega nihanja, skozi katerega se ponavljajo značilnosti sistema, izračunan v sekundah.

Frekvenca je določena s številom nihanj na enoto časa in je obratno sorazmerna z obdobjem nihanja.

Faza nihanja označuje stanje sistema.

Značilnosti harmoničnih nihanj

Te vrste nihanj se pojavljajo po zakonu kosinusa ali sinusa. Fourierju je uspelo ugotoviti, da je vsako periodično nihanje mogoče predstaviti kot vsoto harmoničnih sprememb z razširitvijo določene funkcije v

Kot primer si oglejmo nihalo z določeno periodo in ciklično frekvenco.

Kako so značilne te vrste vibracij? Fizika obravnava idealiziran sistem, ki ga sestavlja materialna točka, ki visi na breztežnostni neraztegljivi niti, ki niha pod vplivom gravitacije.

Te vrste vibracij imajo določeno količino energije; pogoste so v naravi in ​​tehnologiji.

Pri daljšem nihanju se spremeni koordinata njegovega masnega središča, pri izmeničnem toku pa se spremeni vrednost toka in napetosti v vezju.

Obstajajo različne vrste harmoničnih nihanj glede na njihovo fizično naravo: elektromagnetna, mehanska itd.

Prisilne vibracije nastanejo zaradi tresenja vozila, ki se premika po neravni cesti.

Glavne razlike med prisilnimi in prostimi vibracijami

Te vrste elektromagnetnih vibracij se razlikujejo po fizikalnih lastnostih. Prisotnost okoljskega upora in tornih sil vodi do dušenja prostih vibracij. V primeru prisilnih nihanj se izgube energije kompenzirajo z njeno dodatno oskrbo iz zunanjega vira.

Perioda vzmetnega nihala je povezana z maso telesa in togostjo vzmeti. Pri matematičnem nihalu je odvisno od dolžine vrvice.

Z znano periodo je mogoče izračunati lastno frekvenco nihajnega sistema.

V tehnologiji in naravi obstajajo vibracije z različnimi frekvencami. Na primer, nihalo, ki niha v katedrali svetega Izaka v Sankt Peterburgu, ima frekvenco 0,05 Hz, medtem ko je za atome več milijonov megahercev.

Po določenem času opazimo dušenje prostih nihanj. Zato se v realni praksi uporabljajo prisilna nihanja. Zahtevani so v različnih vibracijskih strojih. Vibracijsko kladivo je udarno-vibracijski stroj, ki je namenjen zabijanju cevi, pilotov in drugih kovinskih konstrukcij v tla.

Elektromagnetne vibracije

Opredelitev vrst vibracij vključuje analizo osnovnih fizikalnih parametrov: naboj, napetost, tok. Elementarni sistem, ki se uporablja za opazovanje elektromagnetnih nihanj, je nihajno vezje. Nastane z zaporedno vezavo tuljave in kondenzatorja.

Ko je vezje zaprto, se v njem pojavijo prosta elektromagnetna nihanja, povezana s periodičnimi spremembami električnega naboja na kondenzatorju in toka v tuljavi.

Brezplačni so zaradi dejstva, da pri njihovem izvajanju ni zunanjih vplivov, ampak se uporablja le energija, ki je shranjena v samem vezju.

V odsotnosti zunanjega vpliva po določenem času opazimo oslabitev elektromagnetnega nihanja. Razlog za ta pojav bo postopno praznjenje kondenzatorja, pa tudi upor, ki ga dejansko ima tuljava.

Zato se v realnem vezju pojavljajo dušena nihanja. Zmanjšanje naboja na kondenzatorju vodi do zmanjšanja energijske vrednosti v primerjavi s prvotno vrednostjo. Postopoma se bo sprostila kot toplota na povezovalnih žicah in tuljavi, kondenzator se bo popolnoma izpraznil in elektromagnetno nihanje bo prenehalo.

Pomen oscilacij v znanosti in tehnologiji

Vsako gibanje, ki ima določeno stopnjo ponovljivosti, je nihanje. Na primer, za matematično nihalo je značilno sistematično odstopanje v obe smeri od prvotnega navpičnega položaja.

Pri vzmetnem nihalu en popoln nihaj ustreza njegovemu gibanju navzgor in navzdol od začetnega položaja.

V električnem krogu, ki ima kapacitivnost in induktivnost, se naboj na ploščah kondenzatorja ponavlja. Kaj je razlog za nihajna gibanja? Nihalo deluje, ker ga gravitacija prisili, da se vrne v prvotni položaj. Pri vzmetnem modelu podobno funkcijo opravlja prožna sila vzmeti. Ko gre mimo ravnotežnega položaja, ima tovor določeno hitrost, zato se po vztrajnosti premakne mimo povprečnega stanja.

Električne vibracije je mogoče razložiti s potencialno razliko med ploščama nabitega kondenzatorja. Tudi ko je popolnoma izpraznjen, tok ne izgine;

Sodobna tehnologija uporablja vibracije, ki se bistveno razlikujejo po naravi, stopnji ponovljivosti, karakterju, pa tudi »mehanizmu« nastanka.

Mehanske vibracije izvajajo strune glasbil, morski valovi in ​​nihalo. Pri izvajanju različnih interakcij se upoštevajo kemična nihanja, povezana s spremembami koncentracije reagirajočih snovi.

Elektromagnetne vibracije omogočajo ustvarjanje različnih tehničnih naprav, na primer telefonov, ultrazvočnih medicinskih naprav.

Nihanja v svetlosti cefeid so še posebej zanimiva za astrofiziko; znanstveniki iz različnih držav jih preučujejo.

Zaključek

Vse vrste vibracij so tesno povezane z ogromnim številom tehničnih procesov in fizikalnih pojavov. Njihov praktični pomen je velik pri gradnji letal, ladij, gradnji stanovanjskih kompleksov, elektrotehniki, radijski elektroniki, medicini in temeljni znanosti. Primer tipičnega nihajnega procesa v fiziologiji je gibanje srčne mišice. Mehanske vibracije najdemo v organski in anorganski kemiji, meteorologiji, pa tudi na mnogih drugih področjih naravoslovja.

Prve študije matematičnega nihala so bile izvedene v sedemnajstem stoletju, do konca devetnajstega stoletja pa so znanstveniki lahko ugotovili naravo elektromagnetnih nihanj. Ruski znanstvenik Aleksander Popov, ki velja za »očeta« radijskih komunikacij, je svoje poskuse izvajal na podlagi teorije elektromagnetnih nihanj, rezultatov raziskav Thomsona, Huygensa in Rayleigha. Uspelo mu je najti praktično uporabo elektromagnetnih valov in jih uporabiti za prenos radijskih signalov na velike razdalje.

Akademik P. N. Lebedev je vrsto let izvajal poskuse, povezane s proizvodnjo visokofrekvenčnih elektromagnetnih nihanj z uporabo izmeničnih električnih polj. Zahvaljujoč številnim poskusom, povezanim z različnimi vrstami vibracij, je znanstvenikom uspelo najti področja njihove optimalne uporabe v sodobni znanosti in tehnologiji.

Zato preučevanje teh vzorcev poteka s splošno teorijo nihanj in valov. Bistvena razlika od valovanja: med nihanjem ni prenosa energije, to so tako rekoč "lokalne" transformacije.

Razvrstitev

Identifikacija različnih tipov nihanj je odvisna od poudarjenih lastnosti sistemov z nihajnimi procesi (oscilatorji).

Glede na uporabljeni matematični aparat

• Nelinearna nihanja

Po pogostosti

Tako so periodična nihanja definirana na naslednji način:

Po fizični naravi

• Mehanski(zvok, vibracije)
• Elektromagnetno(svetloba, radijski valovi, toplota)
• Mešani tip- kombinacije zgoraj naštetega

Po naravi interakcije z okoljem

• Prisilno- nihanja, ki se pojavljajo v sistemu pod vplivom zunanjih periodičnih vplivov. Primeri: listi na drevesih, dviganje in spuščanje roke. Pri prisilnih nihanjih se lahko pojavi pojav resonance: močno povečanje amplitude nihanj, ko naravna frekvenca oscilatorja sovpada s frekvenco zunanjega vpliva.
• Brezplačno (ali lastno)- to so nihanja v sistemu pod vplivom notranjih sil po tem, ko je sistem spravljen iz ravnovesja (v realnih razmerah so prosta nihanja vedno dušena). Najenostavnejši primeri prostih nihanj so nihanja uteži, pritrjene na vzmet, ali uteži, obešene na nitki.
• Samonihanja- nihanja, pri katerih ima sistem rezervo potencialne energije, ki se porabi za nihanje (primer takega sistema je mehanska ura). Značilna razlika med lastnimi nihanji in prisilnimi nihanji je, da njihovo amplitudo določajo lastnosti samega sistema in ne začetni pogoji.
• Parametrični- nihanja, ki nastanejo, ko se kateri koli parameter nihajnega sistema spremeni zaradi zunanjega vpliva.

Opcije

Obdobje nihanja T (\displaystyle T\,\ !} in pogostost f (\displaystyle f\,\ !}- vzajemne količine;

V krožnih ali cikličnih procesih se namesto "frekvenčne" karakteristike uporablja koncept krožno (ciklično) pogostost ω (\displaystyle \omega \,\ !} (rad/s, Hz, s −1), ki prikazuje število nihanj na 2 π (\displaystyle 2\pi ) enote časa:

• Pristranskost- odstopanje telesa od ravnotežnega položaja. Oznaka X, merska enota - meter.
• Faza nihanja- določa pomik v vsakem trenutku, to je ugotavljanje stanja nihajnega sistema.

Kratka zgodba

Harmonične vibracije so znane že od 17. stoletja.

Izraz "relaksacijske oscilacije" je leta 1926 predlagal van der Pol. Uvedbo takega izraza je utemeljilo le dejstvo, da se je nakazani raziskovalec vsem takšnim nihanjem zdel povezan s prisotnostjo »časa sprostitve« - torej s konceptom, ki se je v tistem zgodovinskem trenutku razvoja znanosti zdel najbolj razumljiv in razširjen. Ključna lastnost nove vrste nihanj, ki so jo opisali številni zgoraj našteti raziskovalci, je bila, da se bistveno razlikujejo od linearnih, kar se je kazalo predvsem kot odstopanje od znane Thomsonove formule. Temeljita zgodovinska študija je pokazala, da se van der Pol leta 1926 še ni zavedal, da fizikalni pojav »relaksacijske oscilacije«, ki ga je odkril, ustreza matematičnemu konceptu »mejnega cikla«, ki ga je uvedel Poincaré, in je to spoznal šele po knjigi je izšla leta 1929. publikacije A. A. Andronova.

Tuji raziskovalci priznavajo dejstvo, da so med sovjetskimi znanstveniki postali svetovno znani učenci L. I. Mandelstama, ki so leta 1937 izdali prvo knjigo, ki je povzela sodobne podatke o linearnih in nelinearnih nihanjih. Vendar so sovjetski znanstveniki ni sprejel izraza "sprostitvena nihanja", ki ga je predlagal van der Pol. Raje so imeli izraz "diskontinuirana gibanja", ki ga je uporabil Blondel, zlasti zato, ker so bila ta nihanja namenjena opisovanju v smislu počasnih in hitrih načinov. Ta pristop je dozorel šele v kontekstu teorije singularnih motenj» .

Kratek opis glavnih vrst oscilacijskih sistemov

Linearna nihanja

Pomembna vrsta nihanj so harmonična nihanja – nihanja, ki nastanejo po zakonu sinusa ali kosinusa. Kot je leta 1822 ugotovil Fourier, lahko vsako periodično nihanje predstavimo kot vsoto harmoničnih nihanj z razširitvijo ustrezne funkcije na

1. Gibanje se imenuje oscilatorno, če med gibanjem pride do delne ali popolne ponovitve stanja sistema skozi čas. Če se vrednosti fizikalnih količin, ki označujejo določeno nihajno gibanje, ponavljajo v rednih intervalih, se nihanja imenujejo periodična.

2. Kakšna je nihajna doba? Kaj je frekvenca nihanja? Kakšna je povezava med njimi?

2. Perioda je čas, v katerem pride do enega popolnega nihanja. Frekvenca nihanja je število nihajev na časovno enoto. Nihajna frekvenca je obratno sorazmerna z nihajno periodo.

3. Sistem niha s frekvenco 1 Hz. Kakšna je nihajna doba?

4. V katerih točkah tirnice nihajočega telesa je hitrost enaka nič? Ali je pospešek nič?

4. V točkah največjega odstopanja od ravnotežnega položaja je hitrost enaka nič. V ravnotežnih točkah je pospešek enak nič.

5. Katere količine, ki označujejo nihajno gibanje, se periodično spreminjajo?

5. Hitrost, pospešek in koordinata pri nihajočem gibanju se periodično spreminjajo.

6. Kaj lahko rečemo o sili, ki mora delovati v nihajnem sistemu, da lahko izvaja harmonična nihanja?

6. Sila se mora skozi čas spreminjati po harmoničnem zakonu. Ta sila mora biti sorazmerna s pomikom in usmerjena nasproti pomika proti ravnotežnemu položaju.

Eno od vrst neenakomernega gibanja - enakomerno pospešeno - že poznate.

Razmislimo o drugi vrsti neenakomernega gibanja - nihajočem.

Vibracijska gibanja so zelo razširjena v življenju okoli nas. Primeri nihanj so: gibanje igle šivalnega stroja, gugalnica, urno nihalo, voziček na vzmeti in številna druga telesa.

Na sliki 52 so prikazana telesa, ki lahko izvajajo nihajna gibanja, če jih umaknemo iz ravnotežnega položaja (tj. odklonimo ali premaknemo od premice OO").

riž. 52. Primeri teles, ki izvajajo nihajna gibanja

V gibanju teh teles je mogoče najti veliko razlik. Na primer, kroglica na niti (slika 52, a) se premika krivuljasto, valj na gumijasti vrvi (slika 52, b) pa se premika pravokotno; zgornji konec ravnila (slika 52, c) vibrira z večjim obsegom kot srednja točka vrvice (slika 52, d). V istem času so lahko nekatera telesa podvržena večjemu številu nihanj kot druga.

Toda ob vsej raznolikosti teh gibov imajo pomembno skupno lastnost: po določenem času se gibanje katerega koli telesa ponovi.

Dejansko, če se žogica odmakne od ravnotežnega položaja in se sprosti, se bo po prehodu skozi ravnotežni položaj odmaknila v nasprotno smer, se ustavila in nato vrnila na mesto, kjer se je začela premikati. Temu nihanju bo sledilo drugo, tretje itd., podobno prvemu.

Ponovili se bodo tudi gibi preostalih teles, prikazanih na sliki 52.

Časovno obdobje, v katerem se gibanje ponavlja, imenujemo obdobje nihanja. Zato pravijo, da je nihajno gibanje periodično.

Pri gibanju teles, prikazanih na sliki 52, je poleg periodičnosti še ena skupna značilnost: v času, ki je enak periodi nihanja, gre katero koli telo dvakrat skozi ravnotežni položaj (giblje se v nasprotnih smereh).

• Gibanje, ki se ponavlja v enakomernih intervalih, pri katerem gre telo skozi ravnotežni položaj večkrat in v različnih smereh, imenujemo mehanske vibracije.

Prav takšna nihanja bodo predmet naše študije.

Na sliki 53 je prikazana krogla z luknjo, nameščena na gladko jekleno vrvico in pritrjena na vzmet (katere drugi konec je pritrjen na navpični drog). Kroglica lahko prosto drsi po vrvici, to pomeni, da so sile trenja tako majhne, ​​da nimajo bistvenega vpliva na njeno gibanje. Ko je krogla v točki O (slika 53, a), vzmet ni deformirana (ni raztegnjena ali stisnjena), zato nanjo ne delujejo sile v vodoravni smeri. Točka O je ravnotežni položaj žoge.

riž. 53. Dinamika prostih nihanj vodoravnega vzmetnega nihala

Premaknimo žogo v točko B (slika 53, b). Hkrati se bo vzmet raztegnila in v njej bo nastala prožnostna sila F. Ta sila je sorazmerna s premikom (tj. odmikom kroglice od ravnotežnega položaja) in je usmerjena nasproti nje. To pomeni, da ko kroglo premaknemo v desno, je sila, ki deluje nanjo, usmerjena v levo, proti ravnotežnemu položaju.

Če izpustite žogo, se bo pod delovanjem elastične sile začela pospeševati v levo, do točke O. Smer elastične sile in pospešek, ki ga povzroča, bosta sovpadala s smerjo hitrosti žoge. , zato bo, ko se žoga približuje točki O, njena hitrost ves čas naraščala. V tem primeru se bo elastična sila zmanjšala z zmanjšanjem deformacije vzmeti (slika 53, c).

Spomnimo se, da ima vsako telo lastnost, da ohrani svojo hitrost, če nanj ne deluje nobena sila ali če je rezultanta sil enaka nič. Torej, ko dosežemo ravnotežni položaj (slika 53, d), kjer elastična sila postane nič, se kroglica ne bo ustavila, ampak se bo še naprej premikala v levo.

Ko se premika od točke O do točke A, se vzmet stisne. V njej se bo spet pojavila elastična sila, ki bo v tem primeru usmerjena proti ravnotežnemu položaju (sl. 53, e, f). Ker je elastična sila usmerjena proti hitrosti žoge, upočasni njeno gibanje. Posledično se bo žoga ustavila v točki A. Prožnostna sila, usmerjena v točko O, bo še naprej delovala, zato se bo krogla spet začela premikati in v odseku AO se bo njena hitrost povečala (slika 53, f, g, h).

Gibanje krogle od točke O do točke B bo ponovno povzročilo raztezanje vzmeti, zaradi česar se bo ponovno pojavila elastična sila, usmerjena proti ravnotežnemu položaju in upočasnila gibanje krogle, dokler se popolnoma ne ustavi ( Slika 53, h, i, j). Tako bo krogla naredila en popoln nihaj. V tem primeru bo na vsaki točki njegove trajektorije (razen točke O) nanj delovala elastična sila vzmeti, usmerjena proti ravnotežnemu položaju.

Pod vplivom sile, ki vrne telo v ravnotežni položaj, lahko telo niha kot samo od sebe. Sprva je ta sila nastala zaradi dejstva, da smo delali, da smo vzmet raztegnili in ji dali določeno količino energije. Zaradi te energije so se pojavile vibracije.

• Nihanja, ki nastanejo samo zaradi začetnega dovajanja energije, imenujemo prosta nihanja

Prosto nihajoča telesa vedno medsebojno delujejo z drugimi telesi in skupaj z njimi tvorijo sistem teles, ki ga imenujemo nihajni sistem. V obravnavanem primeru nihajni sistem vključuje kroglo, vzmet in navpični drog, na katerega je pritrjen levi konec vzmeti. Kot posledica medsebojnega delovanja teh teles nastane sila, ki žogo vrne v ravnotežni položaj.

Slika 54 prikazuje nihajni sistem, ki ga sestavljajo krogla, nit, stojalo in Zemlja (Zemlja na sliki ni prikazana). V tem primeru kroglica prosto niha pod vplivom dveh sil: težnosti in prožnostne sile niti. Njihova rezultanta je usmerjena proti ravnotežnemu položaju.

riž. 54. Nitno nihalo

• Sisteme teles, ki so sposobna prostih nihanj, imenujemo nihajni sistemi

Ena glavnih skupnih lastnosti vseh nihajnih sistemov je nastanek sile v njih, ki vrne sistem v stabilen ravnotežni položaj.

Oscilacijski sistemi so dokaj širok koncept, ki se uporablja za različne pojave.

Obravnavani nihajni sistemi se imenujejo nihala. Poznamo več vrst nihal: navojna (glej sliko 54), vzmetna (glej sliko 53, 55) itd.

riž. 55. Vzmetno nihalo

Na splošno

• Nihalo je togo telo, ki pod vplivom delujočih sil niha okoli nepremične točke ali okoli osi.

Nihajno gibanje bomo proučevali na primeru vzmetnega in nitastega nihala.

Vprašanja

1. Navedite primere nihajnih gibanj.
2. Kako razumete trditev, da je nihajno gibanje periodično?
3. Kako se imenujejo mehanske vibracije?
4. S sliko 53 razloži, zakaj se žogica približuje točki O z obeh strani, njena hitrost narašča, in ko se oddaljuje od točke O v katero koli smer, se hitrost žogice zmanjšuje.
5. Zakaj se žoga ne ustavi, ko doseže ravnotežni položaj?
6. Katere vibracije imenujemo proste?
7. Katere sisteme imenujemo oscilatorni? Navedite primere.

Vaja 23