Struktura

Přeměny energie v mechanickém oscilátoru

Přeměny energie v mechanickém oscilátoru

Aby oscilátor začal kmitat, musíme mu dodat energii. Pružinový oscilátor ji získá tak, že ho vychýlíme z rovnovážné polohy. Vnější síla vykoná určitou práci a o ni se zvětší mechanická energie oscilátoru.

V průběhu periody se energie kmitavého pohybu mění v souladu se zákonem zachování mechanické energie.

Při harmonickém kmitavém pohybu mechanického oscilátoru se periodicky mění jeho potenciální energie energii kinetickou a naopak. Pokud na oscilátor nepůsobí vnější síly, je mechanická energie kmitání konstantní. Oscilátor kmitá s konstantní amplitudou.

Při průchodu rovnovážnou polohou má oscilátor největší rychlost, a tedy také největší kinetickou energii. Naopak potenciální energie je nulová.

V bodech obratu má oscilátor největší potenciální energii (pružnosti, tíhovou) a kinetická energie je nulová.

Celková mechanická energie je při netlumeném kmitání konstantní.

 obrazek

Obr. 1: Časové diagramy energií

U ideálního mechanického oscilátoru by kmitání probíhalo neomezeně dlouho. Říkáme, že oscilátor kmitá volně, tzn. že na něj nepůsobí žádné vnější síly. Takové kmitání označujeme jako netlumené kmitání.

U skutečného oscilátoru nelze ztrátám energie nikdy zabránit, a vzniká tak tlumené kmitání. Amplituda výchylky se postupně zmenšuje.

K tlumení by u oscilátoru docházelo i ve vakuu.

Obr. 2: Časový diagram výchylky tlumeného kmitání

V praxi se tlumení používá například u tlumičů (např. u pérování automobilu).

Měření M.6Přeměny energie

Úlohy:

1. S jakou periodou se mění potenciální energie pružnosti, popř. kinetická energie, ve srovnání s periodou vlastního kmitání netlumeného mechanického kmitání?

2. Pružina se po zavěšení tělesa o hmotnosti 100 g prodloužila o 40 mm. Určete energii kmitání tohoto oscilátoru po vychýlení z rovnovážné polohy o 5 cm.

3. Dvě tělesa o hmotnostech m a 2m jsou zavěšena na pružiny o stejné tuhosti a kmitají se stejnou amplitudou. Jak se liší jejich energie kmitání? Odpověď zdůvodněte.

4. Proč k tlumení oscilátoru dochází i ve vakuu?

Logolink