Struktura

Nucené kmitání mechanického oscilátoru

Nucené kmitání mechanického oscilátoru

Abychom pohyb skutečného oscilátoru udrželi, musíme oscilátor (houpačku, kyvadlo, kmitavý pohyb tělesa na pružině, …) uvádět do pohybu např. pravidelnými nárazy. Pak oscilátor kmitá se stálou amplitudou a jeho pohyb je netlumený.

Obr. 1: Časový diagram netlumeného a tlumeného kmitání.

Netlumené kmitání dosáhneme dodáváním energie pomocí vazby mezi oscilátorem a okolím (video).  

a) Krátkodobá vazba – krátkodobé dodávání energie

obrazek

Obr. 2: Netlumené kmitání mechanického oscilátoru

Elektrickým impulzem je vyvoláno magnetické pole, které krátkodobě působí na těleso (ze železa) a tím mu dodá ztrátu energie. Mezi impulzy se energie ztrácí. Oscilátor kmitá netlumeně a jeho kmitání není harmonické.

b) Trvalá vazba – trvalé dodávání energie

obrazek

Obr. 3: Demonstrace nuceného kmitání mechanického oscilátoru

Netlumené harmonické kmitání vznikne tehdy, když jsou ztráty nahrazovány v průběhu celé periody. Na oscilátor musí působit nepřetržitě vnější síla F, která se mění harmonicky F = Fm sin ωt. Při nuceném kmitání oscilátor kmitá vždy s frekvencí vnějšího působení. Nucené kmitání je netlumené.

Úlohy:

1. Jestliže houpáme dítě na houpačce, musíme na počátku vychýlit houpačku poměrně značnou silou. Vysvětlete, proč houpání udržíme jen malým periodickým silovým působením ("strkáním")?

2. Jaký průběh bude mít časový diagram kmitání při krátkodobém dodávání ztrát energie (viz obr. 2 výše).

3. Uchopte pružinu, na níž je zavěšeno těleso, do ruky a rozkmitávejte tento oscilátor tak, že budete kmitat rukou s různou frekvencí. Pozorujte, jak se bude měnit amplituda kmitů tělesa, a pozorování popište.

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Nucené kmitání

Logolink