<<
>>

§ 1.7. СКОРОСТЬ И УСКОРЕНИЕ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЯХ. ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ

При гармонических колебаниях координаты тела его скорость и ускорение также меняются гармонически.

Скорость

Проекция скорости на ось X есть производная координаты по времени.

Если х = хт cos (со0i + ф0), то

VX = x' = -G)0xmsin(co0i + ф0) = C0oxmcos (ю0і + ф0 + \ j. (1.7.1)

Скорость при гармонических колебаниях меняется с течением времени гармонически. Амплитуда скорости равна vm = и>0хт, а по

фазе колебания скорости опережают колебания координаты к

на 2-

В момент, когда координата равна нулю (момент прохождения положения равновесия), модуль скорости максимален, и, наоборот, скорость равна нулю, когда координата максимальна по модулю (рис. 1.11, а, б; ф0 = 0).

Ускорение

Проекция ускорения на ось X есть производная скорости по времени:

fl* = = -®1Хт C0S К* + Фо)'

ИЛИ

ах = cos (co0f + ф0 + л). (1.7.2)

Ускорение при гармонических колебаниях координаты меняется гармонически. Амплитуда ускорения равна ат =

а по фазе колебания ускорения опережают колебания координаты на

Ускорение и координата одновременно становятся максимальными по модулю, но имеют противоположные знаки. В подобных случаях говорят, что колебания происходят в про- тивофазе (рис. 1.11, а, в; ф0 = 0).

Относительно колебаний скорости колебания ускорения

сдвинуты по фазе на ^ , а амплитуда ускорения связана с амп-литудой скорости соотношением: ат = vma>Q.

Превращения энергии при гармонических колебаниях

Оттянув груз, подвешенный на пружине, вниз, мы сообщаем грузу некоторый запас потенциальной энергии. При движении груза вверх пружина сокращается и потенциальная э?,ргия уменьшается. Но одновременно увеличивается кинетическая энергия груза. В момент прохождения телом положения равновесия потенциальная энергия становится минимальной. Кинетическая же энергия достигает максимума.

После прохождения положения равновесия скорость начинает уменьшаться.

Следовательно, уменьшается и кинетическая энергия. Потенциальная энергия снова растет. В самой верхней точке она достигает максимума, а кинетическая энергия становится равной нулю. Таким образом, при колебаниях периодически происходит переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно. Частота колебаний потенциальной и кинетической энергий в два раза больше частоты колебаний тела.

Такие же изменения кинетической и потенциальной энергий происходят при колебаниях маятника.

Полная механическая энергия при колебаниях груза на пружине равна сумме кинетической и потенциальной энергий:

2 2 mv* kx

W=Wk + Wp=-^ +*§-. (1.7.3)

Кинетическая и потенциальная энергии периодически изменяются, но полная механическая энергия в системе без трения согласно закону сохранения энергии остается неизменной. Она равна либо потенциальной энергии в момент максимального отклонения от положения равновесия, либо кинетической энергии в момент, когда тело проходит положение равновесия. Докажем это.

Подставим в формулу (1.7.3) выражения для у и х:

2 2 2 ТП(йпХт „ kxm .

W = —sin2 (ш0г + ф0) + -f cos2 (оQt + <р0). (1.7.4)

Заменив в первом члене уравнения (1.7.4) его значением o)q = ^, получим:

[sin2 (C00f + ф0) + cos2 (C00f + ф0)] = ^ . (1.7.5)

Если же во второй член уравнения (1.7.4) подставить k = и учесть, что (й0хт = vm, то будем иметь:

2 2 w = ~ [sin2 (G)0f + ф0) + cos2 (C00f +

<< | >>
Источник: Г. Я. Мвкишев, А. 3. Синяков. ФИЗИКАКОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ11. 2010

Еще по теме § 1.7. СКОРОСТЬ И УСКОРЕНИЕ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЯХ. ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ:

  1. Комплексное представление гармонических колебаний
  2. Гармонические колебания
  3. 4.1. Кинематика гармонических колебаний
  4. Задачи по теме «Скорость и ускорение»
  5. 4.3. Энергия колебаний
  6. 2.2. Нормальное и тангенциальное ускорения, их модули и векторы. Связь с полным ускорением
  7. Теорема 31. Седьмое правило. Если В и А движутся по одному направлению, А медленнее, а В, следуя за ним, быстрее, так что, наконец, тело В нагоняет А, и если при этом А больше В, но избыток скорости В больше избытка величины А, то В перенесет на А столько своего движения, что после этого оба тела будут двигаться с равной скоростью и в том же направлении. Ио если бы излишек величины А был больше излишка скорости В, то В было бы отражено телом А в противоположном направлении, но удержало бы при э
  8. Вращательное движение. Равномерное движение точки по окружности. Вектор угловой скорости. Угловое ускорение. Связь угловых и линейных величин
  9. Теорема 24. Первое правило. Если два тела, например А и В (см. фиг. 1), вполне равны друг другу и движутся друг к другу с равной скоростью, то при встрече их каждое отразится в противоположную сторону, не теряя своей скорости.
  10. Анализ скорости перемещения рабочей среды при механическом воздействии
  11. 4. Факторы накопления капитала при данной норме накопления больше нуля и меньше 100%. Нестоимостные факторы накопления, или факторы накопления при данной величине капитала. Ускорение накопления при росте капитала (концентрация, централизация, кредит)
  12. 1.5.5 .Определение энергии адгезии при помощи теории электроотрицательности
  13. Ионизационные потери энергии при движении электрона и позитрона. Тормозное излучение
  14. Гармонические процессы
  15. Понятие «превращенной формы» как универсальный механизм при анализе границ научной рациональности и «другого знания»
  16. 1.5.4. Метод определения энергии адгезии при помощи потенциалов ионизации
  17. 4. Сопряжённые гармонические функции
  18. Глава 6. Механизм перевода энергии космических эфирных вихрей в энергию живого организма