Svyravimas ir periodinis judėjimas fizikoje

Virpesiai kartojasi įprastu ciklu

Clive Streeter / Getty Images

Virpesiai reiškia pasikartojantį kažko judėjimą pirmyn ir atgal tarp dviejų pozicijų ar būsenų. Virpesiai gali būti periodinis judėjimas, pasikartojantis reguliariu ciklu, pvz., a sinusinės bangos – banga su nuolatiniu judesiu, kaip švytuoklės siūbavimas iš vienos pusės į kitą arba spyruoklės su svarmeniu judėjimas aukštyn ir žemyn. Aplink pusiausvyros tašką arba vidutinę vertę atsiranda svyruojantis judėjimas. Jis taip pat žinomas kaip periodinis judėjimas.

Vienas svyravimas yra visiškas judėjimas aukštyn ir žemyn arba į šoną per tam tikrą laikotarpį.

Osciliatoriai

Osciliatorius yra įtaisas, kuris juda aplink pusiausvyros tašką. Švytuokliniame laikrodyje potencinė energija keičiasi į kinetinė energija su kiekvienu siūbavimu. Sūpynių viršuje potenciali energija yra maksimali, o krintant ta energija paverčiama kinetine energija ir nukreipiama atgal į kitą pusę. Dabar vėl viršuje, kinetinė energija nukrito iki nulio, o potenciali energija vėl yra didelė, o tai skatina grįžtamąjį svyravimą. Sūpynių dažnis verčiamas per krumpliaračius, kad būtų pažymėtas laikas. Laikui bėgant švytuoklė praras energiją dėl trinties, jei laikrodis nebus pakoreguotas spyruokle. Šiuolaikiniai laikrodžiai naudoja kvarco ir elektroninių osciliatorių vibracijas, o ne švytuoklių judėjimą.

Svyruojantis judesys

Svyruojantis judesys mechaninėje sistemoje yra siūbuojantis iš vienos pusės į kitą. Jį galima paversti sukamuoju judesiu (sukimu ratu), naudojant kaištį ir lizdą. Sukamasis judesys gali būti pakeistas į svyruojantį judesį tuo pačiu būdu.

Virpesių sistemos

Virpesių sistema yra objektas, kuris juda pirmyn ir atgal, po tam tikro laiko pakartotinai grįžta į pradinę būseną. Pusiausvyros taške į objektą neveikia jokios grynosios jėgos. Tai yra švytuoklės siūbavimo taškas, kai ji yra vertikalioje padėtyje. Pastovi jėga arba atkuriamoji jėga veikia objektą, kad sukeltų svyruojantį judesį.

Virpesių kintamieji

Amplitudėyra didžiausias poslinkis nuo pusiausvyros taško. Jei prieš pradėdama kelionę atgal švytuoklė pasisuka vieną centimetrą nuo pusiausvyros taško, svyravimo amplitudė yra vienas centimetras. Laikotarpisyra laikas, per kurį objektas grįžta į pradinę padėtį. Jei švytuoklė prasideda dešinėje ir užtrunka vieną sekundę, kad nukeliautų iki galo į kairę ir dar sekundę, kad sugrįžtų į dešinę, jos laikotarpis yra dvi sekundės. Laikotarpis paprastai matuojamas sekundėmis. Dažnisyra ciklų skaičius per laiko vienetą. Dažnis lygus vienetui, padalintam iš laikotarpio. Dažnis matuojamas hercais arba ciklais per sekundę.

Paprastas harmoningas judesys

Paprastos harmoninės virpesių sistemos judėjimas, kai atkuriamoji jėga yra tiesiogiai proporcinga poslinkio jėgai ir veikia priešinga poslinkio kryptimi, gali būti apibūdintas naudojant sinuso ir kosinuso funkcijas. Pavyzdys yra svarelis, pritvirtintas prie spyruoklės. Kai svoris yra ramybės būsenoje, jis yra pusiausvyroje. Jei svoris nuleidžiamas, masę veikia grynoji atkuriamoji jėga (potenciali energija). Kai jis paleidžiamas, jis įgauna pagreitį (kinetinę energiją) ir toliau juda už pusiausvyros taško, įgydamas potencialios energijos (atkuriamosios jėgos), kuri vėl paskatins jį svyruoti žemyn.

Šaltiniai ir tolesnis skaitymas

• Fitzpatrickas, Richardas. „Svyravimai ir bangos: įvadas“, 2 leidimas. Boca Raton: CRC Press, 2019 m.
• Mittal, P.K. „Svyravimai, bangos ir akustika“. Naujasis Delis, Indija: I.K. Tarptautinė leidykla, 2010 m.