Гармонійний осцилятор: види та застосування
Технологічний прогрес здійснюється завдяки вивченню фізичних явищ, відкриттів у квантовій області та інших сферах. При цьому винаходяться нові пристрої і пристосування, за допомогою яких можна проводити різні дослідження і пояснювати явища мікросвіту. Одним з таких механізмів є гармонійний осцилятор, принцип дії якого знали ще представники древніх цивілізацій.
Пристрій і його види
Гармонійний осцилятор - це механічна система, що знаходиться в русі, яке описується рівнянням лінійного диференціала з коефіцієнтами постійного значення. Найбільш прості приклади таких пристроїв - вантаж на пружині, маятник, системи акустики, рух молекулярних частинок та ін.
Умовно можна виділити наступні види цього пристрою:
Простий гармонійний осцилятор - тут система при виведенні з положення спокою знаходиться під дією сили F, яку можна виразити формулою F = -kx, де k - коефіцієнт жорсткості даної системи, x - зміщення. При цьому F є єдиною складовою, що впливає на коливання.- Лінійний гармонійний осцилятор - тут рух відбувається в одній площині по прямій траєкторії. Також цю систему називають одновимірної, коливання відбуваються під дією сили квазіпружної природи.
- Загасаюча модель - тут на систему також впливає сила тертя, яка спрямована проти руху і діє пропорційно швидкості цього коливання. При цьому процес загасання зазвичай характеризується параметром, що не мають розмірності і званим добротністю. Ця величина є властивістю системи, що визначає ставлення запасу енергії до її втрат за один період коливання.
Застосування пристрою
Дане пристосування застосовується в різних сферах, в основному для вивчення природи коливальних систем. Квантовий осцилятор застосовують при дослідженні поведінки елементів фотонів. Результати експериментів можуть використовуватися в різних сферах. Так, вчені-фізики з американського інституту виявили, що атоми берилію, що знаходяться на досить великих відстанях один від одного, можуть взаємодіяти на квантовому рівні. При цьому поведінка цих частинок подібно тілам (металевим кулях) в макросвіті, двигающимся в поступально-поворотного порядку, аналогічно гармонійному осцилятора. Іони берилію, незважаючи на фізично великі відстані, обмінювалися найменшими одиницями енергії (квантами). Це відкриття дозволяє значно просунути IT-технології, а також дає нове рішення у виробництві комп`ютерної техніки та електроніки.
Гармонійний осцилятор використовують при оцінці музичних творів. Цей метод називають спектроскопическим дослідженням. При цьому встановлено, що найбільш стійкою системою є склад з чотирьох музикантів (квартет). А сучасні твори в більшості своїй є ангармонічності.
Коливання і хвилі Такі явища, як коливання і хвилі, відносяться до одних з найбільш поширених в природі, як живий, так і неорганічної. До коливальним процесам відносять ті, при яких деякі експоновані стану тієї чи іншої системи періодично повторюються. Ще зі школи…
Вивчаємо коливання - фаза коливань Коливальні процеси - важливий елемент сучасної науки і техніки, тому їх вивчення завжди приділялася увага, як однієї з "вічних" проблем. Завдання будь-якого знання - не проста цікавість, а використання його в повсякденному житті. А для цього існують…
Електрику. Потужність струму Вивчення електрики як фізичного явища починається ще зі шкільної лави. Багато педагогів, щоб спростити розуміння учнями викладеного матеріалу, вдаються до порівняння електричного струму в провіднику з рухом рідини по трубі. І хоча це порівняння є…
Повна механічна енергія тіл і систем Величина, яка прирівнюється до половині від твору маси даного тіла на швидкість цього тіла в квадраті, називається у фізиці кінетичної енергією тіла або енергією дії. Зміна або непостійність кінетичної або рушійною енергії тіла за деякий час буде…
Фізичний маятник - точність понад усе Коливання - один з поширених видів механічного руху. Найбільш наочним прикладом є коливання, які здійснює фізичний маятник. Це важке тіло, закріплене на нитки в одній точці. Відводячи маятник від положення рівноваги і відпускаючи його, ми дозволяємо…
Звукові хвилі: поняття та особливості Світ, який нас оточує, можна з упевненістю назвати світом звуків, адже навколо нас постійно звучать голоси, музика, щебет птахів, звук вітру. Звукові хвилі допомагають людям спілкуватися, отримувати інформацію про навколишній світ. Для тварин звуки…
Що таке центр мас? Термін «центр мас» використовується не тільки в механіці і в розрахунках руху небесних тіл, але й повсякденному житті. Просто люди не завжди замислюються про те, які ж закони природи проявляються в тій чи іншій ситуації. Наприклад, фігуристи в…
Механічна енергія та її види Слово "енергія" походить з грецької мови і має значення «дія", "діяльність». Саме поняття було вперше введено англійським фізиком Т. Юнгом на початку XIX століття. Під «енергією» розуміється здатність володіє цією властивістю тіла здійснювати…
Принцип суперпозиції і межі його застосування Принцип суперпозиції характерний тим, що він зустрічається в багатьох розділах фізики. Це деякий положення, яке застосовується при ряді випадків. Це один із загальних фізичних законів, на яких будується фізика, як наука. Цим він і примітний для…
Монохроматичне світло і випромінювання Будь світло являє собою електромагнітне випромінювання, яке сприймається оком. Згідно з різними теоріями фізики, він може вважатися як хвилею, так і потоком фотонів - залежно від ситуації. Суб'єктивної характеристикою світла є колір, який…
Математичний маятник: період, прискорення і формули Механічна система, яка складається з матеріальної точки (тіла), що висить на нерозтяжної невагомою нитки (її маса мізерно мала в порівнянні з вагою тіла) в однорідному полі тяжіння, називається математичним маятником (інша назва - осцилятор).…
Вивчаємо механічні коливання Навколишній нас фізичний світ сповнений рухом. Практично неможливо знайти хоча б одне фізичне тіло, яке можна було б вважати перебувають у стані спокою. Крім рівномірно поступального прямолінійного руху, руху по складній траєкторії, руху з…
Електромагнітні коливання - суть розуміння Коливання, як категорія фізичних уявлень, є одним з основних понять фізики і визначається, в загальному вигляді, як повторюваний процес зміни якоїсь фізичної величини. Якщо ці зміни повторюються, то це означає, що є якийсь проміжок часу, через який…