Salınım hareketidir. Salınım hareketi

Salınım özellikleri

Faz sistemin durumunu (koordinat, hız, ivme, enerji vb.) belirler.

Döngüsel frekans salınım aşamasındaki değişim oranını karakterize eder.

Salınım sisteminin başlangıç ​​durumu şu şekilde karakterize edilir: başlangıç ​​aşaması

Salınım genliği A- bu denge konumundan en büyük yer değiştirmedir

Dönem T- bu, noktanın bir tam salınım gerçekleştirdiği zaman dilimidir.

Salınım frekansı birim zaman t başına tam salınımların sayısıdır.

Frekans, döngüsel frekans ve salınım periyodu şu şekilde ilişkilidir:

Titreşim türleri

Kapalı sistemlerde meydana gelen salınımlara denir. özgür veya sahip olmak dalgalanmalar. Dış kuvvetlerin etkisi altında meydana gelen salınımlara denir. zoraki. Ayrıca orada kendi kendine salınımlar(otomatik olarak zorlanır).

Salınımları değişen özelliklere (genlik, frekans, periyot vb.) Göre düşünürsek, bunlar ikiye ayrılabilir: harmonik, solma, büyüyor(ve ayrıca testere dişi, dikdörtgen, karmaşık).

Gerçek sistemlerde serbest salınımlar sırasında her zaman enerji kayıpları meydana gelir. Örneğin, hava direnci kuvvetlerinin üstesinden gelmek için iş yapmak için mekanik enerji harcanır. Sürtünmenin etkisi altında salınımların genliği azalır ve bir süre sonra salınımlar durur. Açıkçası, harekete karşı direnç kuvveti ne kadar büyük olursa, salınımlar da o kadar hızlı durur.

Zorlanmış titreşimler. Rezonans

Zorlanmış salınımlar sönümsüzdür. Bu nedenle her salınım periyodunda enerji kayıplarının telafi edilmesi gerekmektedir. Bunu yapmak için salınım yapan gövdeyi periyodik olarak değişen bir kuvvetle etkilemek gerekir. Zorla salınımlar, dış kuvvetteki değişimlerin frekansına eşit bir frekansta meydana gelir.

Zorlanmış titreşimler

İtici kuvvetin frekansı salınım sisteminin frekansı ile çakışırsa, zorlanmış mekanik titreşimlerin genliği en büyük değerine ulaşır. Bu fenomene denir rezonans.

Örneğin, kordonu kendi titreşimleriyle periyodik olarak çekersek, titreşimlerinin genliğinde bir artış fark edeceğiz.

Islak parmağınızı bardağın kenarı boyunca hareket ettirirseniz cam çınlama sesi çıkarır. Fark edilmese de parmak aralıklı olarak hareket ederek enerjiyi kısa aralıklarla cama aktararak camın titreşmesine neden olur.

Kendi frekansına eşit bir ses dalgası kendisine yöneltildiğinde camın duvarları da titremeye başlar. Genlik çok büyürse cam kırılabilir. Rezonans nedeniyle F.I. Chaliapin şarkı söylediğinde avizelerin kristal kolyeleri titredi (rezonansa girdi). Rezonans oluşumu banyoda da gözlemlenebilir. Farklı frekanslardaki sesleri yumuşak bir şekilde söylerseniz, frekanslardan birinde bir rezonans ortaya çıkacaktır.

Müzik aletlerinde rezonatörlerin rolü vücutlarının bazı kısımları tarafından gerçekleştirilir. Bir kişinin kendi rezonatörü de vardır - bu, üretilen sesleri güçlendiren ağız boşluğudur.

Rezonans olgusu pratikte dikkate alınmalıdır. Bazı durumlarda yararlı olabilir, bazı durumlarda ise zararlı olabilir. Rezonans olayı, kötü tasarlanmış köprüler gibi çeşitli mekanik sistemlerde geri dönüşü olmayan hasarlara neden olabilir. Böylece 1905 yılında St. Petersburg'daki Mısır Köprüsü üzerinden bir at filosu geçerken çöktü, 1940 yılında da ABD'deki Tacoma Köprüsü çöktü.

Rezonans olgusu, küçük bir kuvvetin yardımıyla titreşim genliğinde büyük bir artış elde edilmesi gerektiğinde kullanılır. Örneğin, büyük bir zilin ağır dili, zilin doğal frekansına eşit frekansta nispeten küçük bir kuvvet uygulanarak sallanabilir.

Fizikte belirli parametrelerle karakterize edilen farklı salınım türleri vardır. Başlıca farklılıklarına ve çeşitli faktörlere göre sınıflandırılmalarına bakalım.

Temel tanımlar

Salınım, düzenli aralıklarla hareketin temel özelliklerinin aynı değerlere sahip olduğu bir süreç anlamına gelir.

Periyodik salınımlar, temel büyüklüklerin değerlerinin düzenli aralıklarla tekrarlandığı salınımlardır (salınım periyodu).

Salınımlı süreç türleri

Temel fizikte var olan ana salınım türlerini ele alalım.

Serbest titreşimler, ilk şoktan sonra dış değişken etkilere maruz kalmayan bir sistemde meydana gelen titreşimlerdir.

Serbest salınımın bir örneği matematiksel bir sarkaçtır.

Harici bir değişken kuvvetin etkisi altında bir sistemde ortaya çıkan bu tür mekanik titreşimler.

Sınıflandırma Özellikleri

Fiziksel doğalarına göre, aşağıdaki salınım hareketleri türleri ayırt edilir:

• mekanik;
• termal;
• elektromanyetik;
• karışık.

Çevre ile etkileşim seçeneğine göre

Çevre ile etkileşimdeki dalgalanma türleri birkaç gruba ayrılır.

Harici bir periyodik eylemin etkisi altında sistemde zorunlu salınımlar ortaya çıkar. Bu tür titreşime örnek olarak ellerin ve ağaçlardaki yaprakların hareketini düşünün.

Zorla harmonik salınımlar için, dış etkinin ve osilatörün frekansının eşit değerlerinde genliğin keskin bir şekilde arttığı bir rezonans ortaya çıkabilir.

Denge durumundan çıkarıldıktan sonra iç kuvvetlerin etkisi altındaki bir sistemdeki doğal salınımlar. Serbest titreşimlerin en basit versiyonu, bir ip üzerinde asılı duran veya bir yaya bağlı bir yükün hareketidir.

Kendi kendine salınımlara, sistemin salınım için kullanılan belirli bir potansiyel enerji rezervine sahip olduğu türler denir. Bunların ayırt edici özelliği, genliğin başlangıç ​​koşullarıyla değil, sistemin kendi özellikleriyle karakterize edilmesidir.

Rastgele salınımlar için harici yükün rastgele bir değeri vardır.

Salınım hareketlerinin temel parametreleri

Her türlü titreşimin ayrı ayrı belirtilmesi gereken belirli özellikleri vardır.

Genlik, denge konumundan maksimum sapmadır, dalgalanan bir miktarın sapmasıdır ve metre cinsinden ölçülür.

Periyot, sistemin özelliklerinin tekrarlandığı, saniye cinsinden hesaplanan tam bir salınım süresidir.

Frekans, birim zamandaki salınım sayısına göre belirlenir; salınım periyoduyla ters orantılıdır.

Salınım aşaması sistemin durumunu karakterize eder.

Harmonik titreşimlerin özellikleri

Bu tür salınımlar kosinüs veya sinüs kanununa göre meydana gelir. Fourier, belirli bir fonksiyonu şu şekilde genişleterek, herhangi bir periyodik salınımın harmonik değişikliklerin toplamı olarak temsil edilebileceğini tespit edebildi.

Örnek olarak belirli bir periyodu ve döngüsel frekansı olan bir sarkacı düşünün.

Bu tür titreşimler nasıl karakterize edilir? Fizik, yerçekiminin etkisi altında salınan, ağırlıksız, uzayamaz bir iplik üzerinde asılı duran maddi bir noktadan oluşan idealleştirilmiş bir sistemi göz önünde bulundurur.

Bu tür titreşimlerin belli bir enerjisi vardır; doğada ve teknolojide yaygındır.

Uzun süreli salınım hareketiyle kütle merkezinin koordinatı değişir ve alternatif akımla devredeki akım ve voltajın değeri değişir.

Fiziksel doğalarına bağlı olarak farklı türde harmonik salınımlar vardır: elektromanyetik, mekanik vb.

Zorlanmış titreşimler, düzgün olmayan bir yolda hareket eden bir aracın sarsılmasından kaynaklanır.

Zorlanmış ve serbest titreşimler arasındaki temel farklar

Bu tür elektromanyetik titreşimler fiziksel özelliklere göre farklılık gösterir. Çevresel direncin ve sürtünme kuvvetlerinin varlığı serbest titreşimlerin sönümlenmesine yol açar. Zorunlu salınım durumunda, enerji kayıpları harici bir kaynaktan sağlanan ek besleme ile telafi edilir.

Bir yay sarkacının periyodu, cismin kütlesi ve yayın sertliği ile ilişkilidir. Matematiksel bir sarkaç durumunda bu, ipin uzunluğuna bağlıdır.

Bilinen bir periyotla salınım sisteminin doğal frekansını hesaplamak mümkündür.

Teknolojide ve doğada farklı frekanslarda titreşimler vardır. Örneğin, St. Petersburg'daki St. Isaac Katedrali'nde salınan sarkacın frekansı 0,05 Hz iken, atomlar için bu birkaç milyon megahertzdir.

Belirli bir süre sonra serbest salınımların sönümü gözlemlenir. Gerçek uygulamada zorunlu salınımların kullanılmasının nedeni budur. Çeşitli titreşim makinelerinde talep görmektedir. Titreşimli çekiç, boruları, yığınları ve diğer metal yapıları zemine çakmak için tasarlanmış bir şok titreşim makinesidir.

Elektromanyetik titreşimler

Titreşim türlerini karakterize etmek, temel fiziksel parametrelerin analizini içerir: yük, voltaj, akım. Elektromanyetik salınımları gözlemlemek için kullanılan temel sistem bir salınım devresidir. Bir bobin ve bir kondansatörün seri bağlanmasıyla oluşur.

Devre kapatıldığında, kapasitör üzerindeki elektrik yükündeki ve bobindeki akımdaki periyodik değişikliklerle ilişkili olarak serbest elektromanyetik salınımlar ortaya çıkar.

Gerçekleştirildiklerinde herhangi bir dış etkinin olmaması, yalnızca devrenin kendisinde depolanan enerjinin kullanılması nedeniyle ücretsizdirler.

Dış etkinin yokluğunda, belirli bir süre sonra elektromanyetik salınımın zayıflaması gözlemlenir. Bu fenomenin nedeni, kapasitörün kademeli olarak boşalması ve bobinin gerçekte sahip olduğu direnç olacaktır.

Bu nedenle gerçek devrede sönümlü salınımlar meydana gelir. Kapasitördeki yükün azaltılması, enerji değerinin orijinal değerine göre azalmasına neden olur. Bağlantı telleri ve bobin üzerinde yavaş yavaş ısı olarak serbest bırakılacak, kapasitör tamamen boşalacak ve elektromanyetik salınım sona erecek.

Bilim ve Teknolojide Salınımların Önemi

Belirli bir derecede tekrarlanabilirliğe sahip olan her hareket bir salınımdır. Örneğin, matematiksel bir sarkaç, orijinal dikey konumundan her iki yönde de sistematik bir sapma ile karakterize edilir.

Yaylı bir sarkaç için, bir tam salınım, başlangıç ​​konumundan yukarı ve aşağı hareketine karşılık gelir.

Kapasitans ve endüktansa sahip bir elektrik devresinde, kapasitör plakalarındaki yükün tekrarı vardır. Salınım hareketlerinin nedeni nedir? Sarkaç çalışır çünkü yerçekimi onu orijinal konumuna dönmeye zorlar. Yay modelinde benzer bir işlev yayın elastik kuvveti tarafından gerçekleştirilir. Denge pozisyonunu geçtikten sonra yük belirli bir hıza sahiptir, bu nedenle atalet nedeniyle ortalama durumu geçer.

Elektriksel titreşimler yüklü bir kapasitörün plakaları arasındaki potansiyel farkla açıklanabilir. Tamamen boşalsa bile akım kaybolmaz; yeniden şarj olur.

Modern teknoloji, doğası, tekrarlanabilirlik derecesi, karakteri ve oluşum "mekanizması" bakımından önemli ölçüde farklılık gösteren titreşimler kullanır.

Mekanik titreşimler müzik aletlerinin telleri, deniz dalgaları ve bir sarkaç tarafından gerçekleştirilir. Çeşitli etkileşimler gerçekleştirilirken, reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonundaki değişikliklerle ilişkili kimyasal dalgalanmalar dikkate alınır.

Elektromanyetik titreşimler, telefonlar, ultrasonik tıbbi cihazlar gibi çeşitli teknik cihazların oluşturulmasını mümkün kılar.

Cepheidlerin parlaklığındaki dalgalanmalar astrofizikte özellikle ilgi çekicidir; farklı ülkelerden bilim adamları bunları inceliyor.

Çözüm

Her türlü titreşim, çok sayıda teknik süreç ve fiziksel olayla yakından ilişkilidir. Uçak yapımı, gemi yapımı, konut kompleksleri inşaatı, elektrik mühendisliği, radyo elektroniği, tıp ve temel bilimlerde pratik önemi büyüktür. Fizyolojideki tipik salınım sürecine bir örnek, kalp kasının hareketidir. Mekanik titreşimler organik ve inorganik kimya, meteoroloji ve doğa bilimlerinin diğer birçok alanında bulunur.

Matematiksel sarkacın ilk çalışmaları on yedinci yüzyılda yapıldı ve on dokuzuncu yüzyılın sonuna gelindiğinde bilim adamları elektromanyetik salınımların doğasını belirlemeyi başardılar. Radyo iletişiminin “babası” olarak kabul edilen Rus bilim adamı Alexander Popov, deneylerini elektromanyetik salınımlar teorisine, Thomson, Huygens ve Rayleigh'in araştırma sonuçlarına dayanarak gerçekleştirdi. Elektromanyetik dalgalar için pratik uygulamalar bulmayı ve bunları radyo sinyallerini uzun mesafelere iletmek için kullanmayı başardı.

Akademisyen P. N. Lebedev uzun yıllar boyunca alternatif elektrik alanlarını kullanarak yüksek frekanslı elektromanyetik salınımların üretimi ile ilgili deneyler yaptı. Çeşitli titreşim türleriyle ilgili çok sayıda deney sayesinde bilim adamları, modern bilim ve teknolojide en uygun kullanım alanlarını bulmayı başardılar.

Bu nedenle, bu modellerin incelenmesi genelleştirilmiş salınım ve dalga teorisi ile gerçekleştirilir. Dalgalardan temel farkı, salınımlar sırasında enerji aktarımının olmamasıdır; bunlar, tabiri caizse, “yerel” dönüşümlerdir.

sınıflandırma

Farklı salınım türlerinin tanımlanması, salınım süreçlerine (osilatörler) sahip sistemlerin vurgulanan özelliklerine bağlıdır.

Kullanılan matematiksel aygıta göre

• Doğrusal olmayan salınımlar

Sıklığa göre

Böylece periyodik salınımlar şu şekilde tanımlanır:

Fiziksel doğası gereği

• Mekanik(ses, titreşim)
• Elektromanyetik(ışık, radyo dalgaları, termal)
• Karışık tip- yukarıdakilerin kombinasyonları

Çevreyle etkileşimin doğası gereği

• Zoraki- Dış periyodik etkinin etkisi altında sistemde meydana gelen salınımlar. Örnekler: ağaçlardaki yapraklar, elin kaldırılması ve indirilmesi. Zorla salınımlarla rezonans olgusu ortaya çıkabilir: osilatörün doğal frekansı dış etkinin frekansıyla çakıştığında salınımların genliğinde keskin bir artış.
• Ücretsiz (veya kendinize ait)- bunlar, sistem dengeden çıktıktan sonra iç kuvvetlerin etkisi altındaki bir sistemdeki salınımlardır (gerçek koşullarda, serbest salınımlar her zaman sönümlenir). Serbest salınımların en basit örnekleri, bir yaya bağlı bir ağırlığın veya bir ipliğe asılı bir ağırlığın salınımlarıdır.
• Kendi kendine salınımlar- sistemin salınımlara harcanan potansiyel enerji rezervine sahip olduğu salınımlar (böyle bir sistemin örneği mekanik bir saattir). Kendi kendine salınımlar ile zorlanmış salınımlar arasındaki karakteristik bir fark, genliklerinin başlangıç ​​koşulları tarafından değil sistemin kendi özellikleri tarafından belirlenmesidir.
• Parametrik- Salınım sisteminin herhangi bir parametresi dış etkinin bir sonucu olarak değiştiğinde ortaya çıkan salınımlar.

Seçenekler

Salınım periyodu T (\displaystyle T\,\ !} ve frekans f (\displaystyle f\,\ !}- karşılıklı miktarlar;

Döngüsel veya döngüsel süreçlerde “frekans” karakteristiği yerine kavram kullanılır. dairesel (döngüsel) sıklık ω (\displaystyle \omega \,\ !} (rad/s, Hz, s -1) başına salınım sayısını gösteren 2 π (\displaystyle 2\pi ) zaman birimleri:

• Ön yargı- Vücudun denge pozisyonundan sapması. Tanım X, Ölçü birimi - metre.
• Salınım aşaması- herhangi bir zamanda yer değiştirmeyi belirler, yani salınım sisteminin durumunu belirler.

Kısa hikaye

Harmonik titreşimler 17. yüzyıldan beri bilinmektedir.

"Gevşeme salınımları" terimi 1926'da Van der Pol tarafından önerildi. Böyle bir terimin tanıtılması, yalnızca belirtilen araştırmacının bu tür dalgalanmaların tümünün "rahatlama zamanı" nın varlığıyla, yani bilimin gelişimindeki o tarihsel anda görünen bir kavramla ilişkili görünmesi gerçeğiyle haklı çıktı. en anlaşılır ve yaygın olanıdır. Yukarıda sıralanan bazı araştırmacılar tarafından açıklanan yeni tür salınımların temel özelliği, bunların, kendisini öncelikle iyi bilinen Thomson formülünden bir sapma olarak gösteren doğrusal olanlardan önemli ölçüde farklı olmasıydı. Kapsamlı bir tarihsel çalışma, van der Pol'un 1926'da, kendisi tarafından keşfedilen "gevşeme salınımları" fiziksel olgusunun, Poincaré tarafından ortaya atılan "limit döngüsü" matematiksel kavramına karşılık geldiği gerçeğini henüz fark etmediğini ve bunu ancak kitaptan sonra fark ettiğini gösterdi. 1929'da yayınlandı. A. A. Andronov'un yayınları.

Yabancı araştırmacılar, 1937'de doğrusal ve doğrusal olmayan salınımlarla ilgili modern bilgileri özetleyen ilk kitabı yayınlayan L.I. Mandelstam'ın öğrencilerinin Sovyet bilim adamları arasında dünyaca ünlü olduğunu kabul ediyor. Ancak Sovyet bilim adamları van der Pol tarafından önerilen "gevşeme salınımları" terimini kabul etmedi. Blondel tarafından kullanılan "süreksiz hareketler" terimini tercih ettiler, çünkü özellikle bu salınımların yavaş ve hızlı modlarla tanımlanması amaçlanmıştı. Bu yaklaşım ancak tekil pertürbasyon teorisi bağlamında olgunlaştı» .

Ana salınımlı sistem türlerinin kısa açıklaması

Doğrusal salınımlar

Önemli bir salınım türü harmonik salınımlardır - sinüs veya kosinüs kanununa göre meydana gelen salınımlar. Fourier'nin 1822'de belirlediği gibi, herhangi bir periyodik salınım, karşılık gelen fonksiyonun şu şekilde genişletilmesiyle harmonik salınımların toplamı olarak temsil edilebilir:

1. Hareket sırasında sistemin durumunun kısmen veya tamamen tekrarlanması zamanla meydana gelirse, harekete salınımlı denir. Belirli bir salınım hareketini karakterize eden fiziksel büyüklüklerin değerleri düzenli aralıklarla tekrarlanıyorsa salınımlara periyodik denir.

2. Salınım periyodu nedir? Salınım frekansı nedir? Aralarındaki bağlantı nedir?

2. Periyot, tam bir salınımın meydana geldiği süredir. Salınım frekansı, birim zaman başına salınım sayısıdır. Salınım frekansı salınım periyoduyla ters orantılıdır.

3. Sistem 1 Hz frekansında salınım yapmaktadır. Salınım periyodu nedir?

4. Salınım yapan bir cismin yörüngesindeki hangi noktalarda hız sıfıra eşittir? İvme sıfır mı?

4. Denge konumundan maksimum sapma noktalarında hız sıfırdır. Denge noktalarında ivme sıfırdır.

5. Salınım hareketini karakterize eden hangi nicelikler periyodik olarak değişir?

5. Salınımlı harekette hız, ivme ve koordinat periyodik olarak değişir.

6. Salınımlı bir sistemin harmonik salınımlar yapabilmesi için etki etmesi gereken kuvvet hakkında ne söylenebilir?

6. Harmonik kanuna göre kuvvetin zamanla değişmesi gerekir. Bu kuvvet yer değiştirmeyle orantılı olmalı ve denge konumuna doğru yer değiştirmenin tersi yönde olmalıdır.

Eşit şekilde hızlanan düzensiz hareket türlerinden birine zaten aşinasınız.

Başka bir düzensiz hareket türü olan salınımlı hareketi ele alalım.

Titreşim hareketleri çevremizdeki yaşamda yaygındır. Salınım örnekleri şunları içerir: bir dikiş makinesi iğnesinin hareketi, bir salınım, bir saat sarkacının hareketi, yaylar üzerindeki bir taşıyıcı ve diğer birçok gövde.

Şekil 52, denge konumundan çıkarıldığında (yani OO hattından saptırıldığında veya yerinden oynatıldığında) salınım hareketleri gerçekleştirebilen gövdeleri göstermektedir.

Pirinç. 52. Salınımlı hareketler gerçekleştiren cisim örnekleri

Bu cisimlerin hareketlerinde birçok farklılık bulunabilir. Örneğin, bir iplik üzerindeki bir top (Şekil 52, a) eğrisel olarak hareket eder ve bir lastik kordon üzerindeki bir silindir (Şekil 52, b) doğrusal olarak hareket eder; cetvelin üst ucu (Şekil 52, c), ipin orta noktasından (Şekil 52, d) daha büyük bir aralıkta titreşir. Aynı süre içerisinde bazı cisimler diğerlerinden daha fazla sayıda salınımlara maruz kalabilir.

Ancak bu hareketlerin tüm çeşitliliğine rağmen önemli bir ortak özelliği vardır: Belirli bir süre sonra herhangi bir bedenin hareketi tekrarlanır.

Nitekim top denge konumundan alınıp serbest bırakılırsa, denge konumundan geçtikten sonra ters yöne sapacak, duracak ve ardından hareket etmeye başladığı yere geri dönecektir. Bu salınımı, birinciye benzer şekilde ikinci, üçüncü vb. takip edecektir.

Şekil 52'de gösterilen diğer gövdelerin hareketleri de tekrarlanacaktır.

Hareketin tekrarlandığı zaman periyoduna salınım periyodu denir. Bu nedenle salınım hareketinin periyodik olduğunu söylüyorlar.

Şekil 52'de gösterilen cisimlerin hareketinde periyodikliğin yanı sıra bir ortak özellik daha vardır: salınım periyoduna eşit bir zaman periyodunda herhangi bir cisim denge konumundan iki kez geçer (zıt yönlerde hareket ederek).

• Vücudun denge konumundan defalarca ve farklı yönlerde geçtiği, düzenli aralıklarla tekrarlanan hareketlere mekanik titreşimler denir.

Çalışmamızın konusu tam da bu tür dalgalanmalardır.

Şekil 53, pürüzsüz çelik bir ipin üzerine yerleştirilmiş ve bir yaya (diğer ucu dikey bir direğe tutturulmuş) tutturulmuş bir deliğe sahip bir topu göstermektedir. Top ip boyunca serbestçe kayabilir, yani sürtünme kuvvetleri o kadar küçüktür ki topun hareketi üzerinde önemli bir etkiye sahip değildir. Top O noktasında olduğunda (Şekil 53, a), yay deforme olmaz (gerilmez veya sıkışmaz), dolayısıyla üzerine yatay yönde hiçbir kuvvet etki etmez. O noktası topun denge konumudur.

Pirinç. 53. Yatay yaylı sarkacın serbest salınımlarının dinamiği

Topu B noktasına taşıyalım (Şek. 53, b). Aynı zamanda yay gerilecek ve içinde elastik bir F kuvveti ortaya çıkacaktır. Bu kuvvet yer değiştirmeyle (yani topun denge konumundan sapması) orantılıdır ve ona zıt yönde yönlendirilir. Bu, top sağa doğru hareket ettirildiğinde ona etki eden kuvvetin sola, denge konumuna doğru yönlendirildiği anlamına gelir.

Topu serbest bırakırsanız, elastik kuvvetin etkisi altında sola, O noktasına doğru hızlanmaya başlayacaktır. Elastik kuvvetin yönü ve bunun neden olduğu ivme, topun hızının yönü ile çakışacaktır. dolayısıyla top O noktasına yaklaştıkça hızı sürekli artacaktır. Bu durumda yay deformasyonu azaldıkça elastik kuvvet azalacaktır (Şekil 53, c).

Herhangi bir cismin, üzerine hiçbir kuvvet etki etmediğinde veya kuvvetlerin bileşkesi sıfır olduğunda hızını koruma özelliğine sahip olduğunu hatırlayalım. Bu nedenle elastik kuvvetin sıfır olduğu denge konumuna (Şekil 53, d) ulaşıldığında top durmayacak, sola doğru hareket etmeye devam edecektir.

Yay O noktasından A noktasına doğru hareket ettikçe sıkışacaktır. İçinde yine elastik bir kuvvet ortaya çıkacak ve bu durumda denge konumuna doğru yönlendirilecektir (Şekil 53, e, f). Elastik kuvvet topun hızına karşı yönlendirildiğinden hareketini yavaşlatır. Sonuç olarak top A noktasında duracaktır. O noktasına yönlendirilen elastik kuvvet etki etmeye devam edecek ve böylece top tekrar hareket etmeye başlayacak ve AO kesitinde hızı artacaktır (Şekil 53, f, g, h).

Topun O noktasından B noktasına hareketi yine yayın gerilmesine yol açacaktır, bunun sonucunda elastik bir kuvvet tekrar ortaya çıkacak, denge konumuna doğru yönlendirilecek ve topun hareketini tamamen durana kadar yavaşlatacaktır ( Şekil 53, h, i, j). Böylece top tam bir salınım yapacaktır. Bu durumda yörüngesinin her noktasında (O noktası hariç), denge konumuna doğru yönlendirilen yayın elastik kuvveti ona etki edecektir.

Vücudu denge konumuna döndüren bir kuvvetin etkisi altında vücut, sanki kendi başınaymış gibi salınım yapabilir. Başlangıçta bu kuvvet, yayı esnetmek ve ona belli bir miktar enerji vermek için çalışmamız nedeniyle ortaya çıktı. Bu enerji nedeniyle titreşimler meydana geldi.

• Yalnızca başlangıçtaki enerji beslemesi nedeniyle meydana gelen titreşimlere serbest salınımlar denir.

Serbestçe salınan cisimler her zaman diğer cisimlerle etkileşime girer ve onlarla birlikte salınım sistemi adı verilen bir cisimler sistemi oluşturur. Ele alınan örnekte salınım sistemi bir top, bir yay ve yayın sol ucunun bağlı olduğu dikey bir direk içerir. Bu cisimlerin etkileşimi sonucunda topu denge konumuna döndüren bir kuvvet ortaya çıkar.

Şekil 54, bir top, bir iplik, bir tripod ve Dünya'dan (Dünya şekilde gösterilmemiştir) oluşan bir salınım sistemini göstermektedir. Bu durumda top iki kuvvetin etkisi altında serbestçe salınır: yerçekimi ve ipliğin elastik kuvveti. Sonuçları denge pozisyonuna doğru yönlendirilir.

Pirinç. 54. İplik sarkaç

• Serbest titreşim yapabilen cisimlerin sistemlerine salınım sistemleri denir

Tüm salınımlı sistemlerin ana ortak özelliklerinden biri, sistemi kararlı bir denge konumuna döndüren bir kuvvetin içlerinde ortaya çıkmasıdır.

Salınımlı sistemler, çeşitli olaylara uygulanabilen oldukça geniş bir kavramdır.

Dikkate alınan salınım sistemlerine sarkaç denir. Sarkaçların birkaç türü vardır: iplik (bkz. Şekil 54), yay (bkz. Şekil 53, 55), vb.

Pirinç. 55. Yaylı sarkaç

Genel olarak

• Sarkaç, uygulanan kuvvetlerin etkisi altında sabit bir nokta etrafında veya bir eksen etrafında salınan sert bir cisimdir.

Yay ve iplik sarkaç örneğini kullanarak salınım hareketini inceleyeceğiz.

Sorular

1. Salınım hareketlerine örnekler veriniz.
2. Salınım hareketinin periyodik olduğu ifadesini nasıl anlıyorsunuz?
3. Mekanik titreşimlere ne denir?
4. Şekil 53'ü kullanarak topun O noktasına her iki taraftan yaklaştıkça hızının neden arttığını ve O noktasından herhangi bir yönde uzaklaştıkça topun hızının neden azaldığını açıklayın.
5. Top denge konumuna ulaştığında neden durmuyor?
6. Hangi titreşimlere serbest denir?
7. Hangi sistemlere salınımlı denir? Örnekler ver.

Egzersiz 23