В чем отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний кратко

Обновлено: 02.07.2024

Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия.

Свободные (или собственные) — это колебания в системе под действием внутренних сил после того, как система выведена из состояния равновесия (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие). Простейшими примерами свободных колебаний являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.

Вынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. Примеры: листья на деревьях, поднятие и опускание руки. При вынужденных колебаниях может возникнуть явление резонанса: резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты осциллятора и частоты внешнего воздействия.

Автоколебания — колебания, при которых система имеет запас потенциальной энергии, расходующейся на совершение колебаний (пример такой системы — механические часы). Характерным отличием автоколебаний от вынужденных колебаний является то, что их амплитуда определяется свойствами самой системы, а не начальными условиями.

Параметрические — колебания, возникающие при изменении какого-либо параметра колебательной системы в результате внешнего воздействия.

2)Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение.

Гармоническая функция синус или косинус в зависимости от начальной фазы.

3)Гармонические колебания. Основные параметры гармонических колебаний. Скорость и ускорение при гармоническое колебательном движении.

Гармонические колебания – это колебания с постоянной амплитудой происходящие по закону синуса или косинуса.

Параметры гармонических колебаний. Постоянные величины А, Т, f, входящие в уравнение Асоs(2p·t/Т + f0), называются параметрами колебания. Рассмотрим их физический смысл.

Из ур-я следует, что в случае, если соs(2p·t/Т + f) = ± 1, то значение модуля x максимально, т.е. |x| = xmax = A

Скорость – это производная от координаты по времени

Скорость при гармоническом колебательном движении также изменяется по гармоническому закону, но колебания скорости опережают колебания смещения по фазе на p/2.

Vmax=Xmax W:максимальная скорость колебательного движения(амплитуда колебаний скорости)

Ускорение – это производная от скорости по времени: a=V'=(x)'=x''(вторая производная)

Ускорение изменяется по гармоническому закону.

A=-amax sin(wt+ф0):ускорение

Ответы по физике экзамен

Колебания. Свободные, вынужденные, автоколебания, параметрические колебания.

2)Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение.

Гармоническая функция синус или косинус в зависимости от начальной фазы.

Из ур-я следует, что в случае, если соs(2p·t/Т + f) = ± 1, то значение модуля x максимально, т.е. |x| = xmax = A

Скорость – это производная от координаты по времени

Vmax=Xmax W:максимальная скорость колебательного движения(амплитуда колебаний скорости)

Ускорение – это производная от скорости по времени: a=V'=(x)'=x''(вторая производная)

Решение упражнений к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева

1. Что такое автоколебательная система?

2. В чем отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний?

3. Опишите свойства р—n-перехода в полупроводниках.

4. Как устроен транзистор?

5. Какова роль транзистора в генерации автоколебаний?

6. Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?

7. Укажите основные элементы автоколебательной системы.

8. Приведите примеры автоколебательных систем, не рассмотренные в тексте.

Автоколебательная система - это система, в которой амплитуда колебаний поддерживается при помощи внешнего источника энергии.

Отличие автоколебаний от свободных и вынужденных в том, что: 1) автоколебания не затухают; 2) Автоколебания могут иметь намного большую частоту, чем вынужденные (такие, которые вырабатывают электрогенераторы).

p-n-переход представляет собой элемент транзистора или другого полупроводникового прибора, состоящий из проводника p-типа и n-типа. В проводнике p-типа носителями заряда являются дырки, а в проводнике n-типа - электроны. Таким образом, p-n-переход пропускает ток только в одну сторону.

Транзистор состоит из трёх p- и n- проводников. Например, существуют p-n-p а также n-p-n транзисторы. На схеме различия между этими двумя типами выражаются направлением стрелки эмиттера. Принцип работы в том, что транзистор пропускает ток из эмиттера в коллектор только тогда, когда на базу подаётся напряжение определённого знака. Обратный транзистор отличается лишь тем, напряжения каких знаков подаются на электроды.

Роль транзистора в генерации автоколебаний очень высока. Именно благодаря нему можно регулировать подачу тока от источника постоянного тока для поддержания колебаний.

Обратная связь в генераторе на транзисторе осуществляется за счёт использования дополнительной индуктивной катушки, присоединённой к цепи транзистора эмиттер-база. Таким образом, в катушке появляется индукционный ток, открывающий и закрывающий транзистор.

Основные элементы колебательной системы: постоянный источник энергии, колебательный контур, транзистор, обратная связь (катушка индуктивности).

В качестве примеров автоколебательных систем можно привести стиральную машину, электрический двигатель, компьютерный "бесперебойник" питания в режиме работы при отсутствии напряжения в осветительной сети (преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный для работы компьютера).

1. Что такое автколебательная система?
2. В чем отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний?
3. Опишите свойства p-n перехода в полупроводниках.
4. Как устроен транзистор?
5. Какова роль транзистора в генерации автоколебаний?
6. Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?
7. Укажите основные элементы автоколебательной системы.
8. Приведите примеры автоколебательных систем, не рассмотренные в тексте.

1. Системы, в которых создаются незатухающие колебания за счет источника внутри системы, называются автоколебаниями.

2. Автоколебания не затухают за счет регулировки поступления энергии от источника при включении в цепь источника переменного напряжения. Свободные колебания происходят при выведении системы из положения равновесия и затухают, так как часть энергии, сообщенной системе, неизбежно постепенно переходит в тепло, выделяющееся на активном сопротивлении.

3. p-n — Переход пропускает ток только в одном направлении. Это происходит за счет тго, что при соединении двух полупроводников с разными типами проводимости начинается диффузия электронов в р-полупроводник и диффузия дырок в n- полупроводник. В результате создается разность потенциалов, препятствующая дальнейшему переходу. Поэтому, если приложить напряжение как показано на рисунке 2.1, а, ток через p-n переход не пойдет. Если изменить полюча подаваемого напряжения (рис.2.1, б), то p-n переход будет пропускать ток.

4. Транзистор состоит из эмиттера, базы и коллектора. Эмиттер и коллектор — полупроводники с одинаковым типом проводимости (например, р-типа), база — с другим типом проводимости (например, n — типа). На переход эмиттер — база подается прямое напряжение, сопротивление этого перехода мало, ток свободно через него идет. Переход база — коллектор обратный, сопротивление велико, а так как база достаточно тонкая, силы тока в коллекторе и эмиттере приблизительно равны, следовательно, напряжение в цепи коллектора много больше напряжения в цепи эмиттера. Транзистор можно использовать для усиления напряжения.

5. Транзистор обеспечивает поступление энергии от источника в колебательную систему в определенные моменты времени в соответствии с колебаниями напряжения в контуре.

6. Обратная связь осуществляется за счет катушки индуктивности, подключенной в цепь эмиттера, связанной с катушкой индуктивности в колебательном контуре. Колебания в контуре вызывают в колебательном контуре. Колебания в контуре вызывают колебания напряжения на катушке, подключенной в цепь эмиттера. Данная связь обеспечивает открывание транзистора и поступление тока через коллектор в колебательный контур. При правильно подобранной фазе колебаний на эмиттерном переходе в цепь колебательного конутра периодически поступает ток из цепи коллектора, тем самым поддерживая в нем колебания.

7. Основными элементами автоколебатлной системы являются источник энергии, устройство, регулирующее поступление энергии (клапан), и колебательная система. Между двумя последними должна существовать обратная связь, чтобы клапан открывался в определенные моменты времени.

8. Колебания скрипичной струны при равномерном движении смычка, колебания воздуха в органной трубе.

Читайте также: