نوسانات مکانیکی دوره ای. نوسانات رایگان
مشخصه نوسانات
فاز وضعیت سیستم را تعیین می کند، یعنی مختصات، سرعت، شتاب، انرژی، و غیره
فرکانس چرخه میزان تغییر فاز نوسان را مشخص می کند.
وضعیت اولیه سیستم نوسانگر مشخص می کند مرحله اولیه
دامنه نوسان A. - این بزرگترین افست از موقعیت تعادل است.
T. - این یک دوره زمانی است که طی آن نقطه یک نوسان کامل را انجام می دهد.
فرکانس نوسانات - این تعداد نوسانات کامل در هر واحد زمان t است.
فرکانس، فرکانس چرخه ای و دوره نوسان ها همبستگی دارد
انواع نوسانات
نوسانات که در سیستم های بسته رخ می دهد نامیده می شود رایگان یا خود نوسانات نوسانات که تحت عمل نیروهای خارجی رخ می دهد، نامیده می شود اجباری. همچنین یافت می شود خودکشینی (مجبور به طور خودکار).
اگر ما نوسانات را با توجه به ویژگی های تغییر (دامنه، فرکانس، دوره، و غیره) در نظر بگیریم، آنها می توانند به آن تقسیم شوند هارمونیک, جریان, افزایش (و همچنین sawn، مستطیل، مجتمع).
با نوسان آزاد در سیستم های واقعی، از دست دادن انرژی همیشه رخ می دهد. به عنوان مثال، انرژی مکانیکی مصرف می شود تا کار را برای غلبه بر نیروهای مقاومت هوا انجام دهد. تحت تاثیر نیروی اصطکاک، کاهش دامنه نوسانات رخ می دهد، و بعد از مدتی، نوسانات متوقف می شود. بدیهی است، بیشتر قدرت مقاومت در برابر حرکت، سریعتر نوسانات متوقف می شود.
نوسانات اجباری رزونانس
نوسان های اجباری ناموفق هستند. بنابراین، ضروری است که تلفات انرژی را برای هر دوره نوسان پر کنیم. برای انجام این کار، لازم است بر روی بدن نوسان به صورت دوره ای تغییر دهید. نوسان های اجباری با فرکانس برابر با فرکانس تغییر نیروی خارجی انجام می شود.
نوسانات اجباری
دامنه نوسان های مکانیکی اجباری به حداکثر ارزش می رسد، اگر فرکانس نیروی اجباری با فرکانس سیستم نوسان هماهنگ باشد. این پدیده نامیده می شود رزونانس.
به عنوان مثال، اگر شما به صورت دوره ای طناب را به روش نوسانات خود بکشید، ما افزایش دامنه نوسانات آن را نشان می دهیم.
اگر یک انگشت مرطوب در امتداد لبه گلها حرکت کند، شیشه ها صدای زنگ را می سازند. اگر چه این ناخوشایند است، انگشت به طور متناوب حرکت می کند و شیشه را به انرژی با بخش های کوتاه انتقال می دهد، یک لیوان ارتعاش را مجبور می کند
دیوارهای غده نیز شروع به ارتعاش می کنند اگر آن را به یک موج صوتی با فرکانس برابر با خود ارسال کنید. اگر دامنه بسیار بزرگ شود، شیشه می تواند حتی از بین برود. با توجه به رزونانس با آواز خواندن F.i.Schalyapin لگد های کریستال لرز (تشدید). ظهور رزونانس می تواند در حمام ردیابی شود. اگر شما بی سر و صدا به صدای فرکانس های مختلف عجله داشته باشید، سپس رزونانس بر روی یکی از فرکانس ها بوجود می آید.
در آلات موسیقی، نقش رزوناتورها بخش هایی از ساختمان های خود را انجام می دهند. یک فرد همچنین رزوناتور خود را دارد - این حفره دهان، تقویت صداهای تلفن های صوتی است.
پدیده رزونانس باید در عمل مورد توجه قرار گیرد. در برخی از پدیده ها، می تواند مفید باشد، در دیگران - مضر است. پدیده های رزونانس ممکن است باعث تخریب غیر قابل برگشت در سیستم های مکانیکی مختلف شود، به عنوان مثال، پل های نادرست طراحی شده است. بنابراین، در سال 1905، پل مصری در سنت پترزبورگ سقوط کرد زمانی که یک اسکادران سوارکار بر او برگزار شد، و در سال 1940 پل تاجیک در ایالات متحده سقوط کرد.
پدیده رزونانس هنگام کمک به یک نیروی کوچک لازم است که افزایش بزرگی در دامنه نوسان ها را افزایش دهد. به عنوان مثال، یک زبان سنگین از یک زنگ بزرگ را می توان به دنبال، عمل یک نیروی نسبتا کوچک با فرکانس برابر با فرکانس خود را از نوسانات بل است.
(یا نوسانات خود) - اینها نوسانات سیستم نوسان هستند که تنها به دلیل انرژی اولیه (پتانسیل یا کینتی) در غیاب تأثیرات خارجی انجام می شود.
به عنوان مثال، انرژی پتانسیل یا جنبشی را می توان در سیستم های مکانیکی از طریق جابجایی اولیه یا سرعت اولیه گزارش داد.
بدنه های نوسان مایع آزاد همیشه با سایر اجسام ارتباط برقرار می کنند و همراه با آنها سیستم های بدن را تایپ می کنند که نامیده می شود سیستم نوسانی.
به عنوان مثال، بهار، یک توپ و یک پایه عمودی، که انتهای بالایی بهار متصل است (نگاه کنید به شکل زیر) در سیستم نوسان گنجانده شده است. در اینجا توپ آزادانه اسلاید در رشته (نیروی اصطکاک ناچیز است). اگر توپ را به سمت راست ببرید و خودتان را به آن بدهید، آن را نوسانات رایگان در نزدیکی موقعیت تعادل (امتیازات) در باره) به دلیل عمل قدرت بهار، با هدف موقعیت تعادل.
یکی دیگر از نمونه های کلاسیک از یک سیستم نوسان مکانیکی یک آونگ ریاضی است (نگاه کنید به شکل زیر). در این مورد، توپ، نوسانات رایگان را تحت عمل دو نیرو انجام می دهد: گرانش و قدرت کشش موضوع (زمین نیز در سیستم نوسانات گنجانده شده است). ارجاع آنها به موقعیت تعادل هدف است.
نیروهای بین بدن سیستم نوسان عمل می کنند نیروهای داخلی. نیروهای خارجی نیروهایی را که بر روی سیستم عمل می کنند از طرف بدن هایی که در آن گنجانده نشده است، عمل می کنند. از این منظر، نوسانات آزاد را می توان به عنوان نوسانات در سیستم تحت عمل نیروهای داخلی تعریف کرد، پس از آنکه سیستم از موقعیت تعادل حاصل می شود.
شرایط برای ظهور نوسانات رایگان عبارتند از:
1) ظهور نیرو در آنها بازگشت سیستم به موقعیت تعادل پایدار، پس از آن از این دولت مشتق شده است؛
2) هیچ اصطکاک در سیستم وجود ندارد.
دینامیک نوسانات رایگان
نوسانات بدن تحت عمل الاستیک. معادله حرکت نوسان بدن تحت عمل نیروی کشش F. () می تواند به دست آوردن قانون دوم نیوتن ( f \u003d ma) و قانون گلو ( f up \u003d -kx)، جایی که m. - جرم توپ، و - شتاب به دست آمده از توپ تحت عمل نیروی الاستیک، k. - ضریب سفتی بهار، h. - جابجایی بدن از موقعیت تعادل (هر دو معادلات در پیش بینی در محور افقی ثبت می شود اوه) معادل قسمت های مناسب این معادلات و با توجه به شتاب ولی - این دومین مشتق مختصات است h. (جابجایی)، ما دریافت می کنیم:
.
شبیه به بیان شتاب ولی ما تمایز داریم ( v \u003d -v m sin ω 0 t \u003d -v m x m cos (ω 0 t + π / 2)):
a \u003d -a m cos ω 0 t،
جایی که m \u003d ω 2 0 x m - دامنه شتاب بنابراین، دامنه سرعت هارمونیک کولا متناسب با فرکانس است و دامنه شتاب، مربع فرکانس نوسان است.
نوسانات- اینها حرکات یا فرایندهایی هستند که قطعا یا تقریبا در فواصل زمانی خاصی تکرار می شوند.
نوسانات مکانیکینوسانات مقادیر مکانیکی (جابجایی، سرعت، شتاب، فشار، و غیره).
نوسانات مکانیکی (بسته به ماهیت نیروها) عبارتند از:
رایگان؛
اجباری؛
خود نوسانات
رایگاننوسانات تماس ناشی از یک اثر واحد نیروی خارجی (گزارش اولیه انرژی) و در صورت عدم تأثیرات خارجی بر سیستم نوسان.
رایگان (یا خود) - اینها نوسانات سیستم تحت تاثیر نیروهای داخلی هستند، پس از آنکه سیستم از حالت تعادل (در شرایط واقعی) حاصل می شود (در شرایط واقعی، نوسانات آزاد همیشه تجزیه می شوند).
شرایط برای ظهور نوسانات آزاد
1. سیستم نوسان باید یک موقعیت تعادل پایدار داشته باشد.
2. هنگامی که سیستم از موقعیت تعادل حذف می شود، یک نیروی اتوماتیک باید رخ دهد، که سیستم را به موقعیت اصلی خود بازگرداند.
3. نیروهای اصطکاک (مقاومت) بسیار کوچک هستند.
نوسانات اجباری - نوسانات ناشی از نفوذ نیروهای خارجی که در زمان متفاوت است رخ می دهد.
خودکشینی- نوسانات ناامید کننده در سیستم پشتیبانی شده توسط منابع داخلی انرژی در غیاب یک نیروی متغیر خارجی.
فرکانس و دامنه خود نوسانات توسط خواص سیستم نوسان سازی تعیین می شود.
از نوسانات آزاد، خود نوسانات با استقلال دامنه از زمان و از اثر اولیه که روند نوسانات را تحریک می کند، متمایز می شود.
سیستم خودکار نوسان شامل: سیستم نوسان؛ منبع انرژی؛ دستگاه های بازخورد که جریان انرژی را از منبع داخلی انرژی به سیستم نوسان تنظیم می کنند.
انرژی ناشی از منبع برای دوره برابر با انرژی از دست رفته توسط سیستم نوسان در همان زمان است.
نوسانات مکانیکی به تقسیم می شود:
محو شدن؛
بد شانس.
نوسانات جریان - نوسانات که انرژی آنها در طول زمان کاهش می یابد.
ویژگی های جنبش نوسان:
دائمی:
دامنه (a)
دوره (t)
فرکانس ()
بزرگترین (ماژول) انحراف از بدن نوسان از موقعیت تعادل نامیده می شود دامنه نوسانات.معمولا دامنه ای با حرف A نشان داده می شود.
دوره زمانی که بدن آن را یک نوسان کامل، نامیده می شود دوره نوسانات.
دوره نوسان معمولا توسط حرف T نشان داده شده است و در XI در ثانیه (C) اندازه گیری می شود.
تعداد نوسانات هر واحد زمان نامیده می شود فرکانس نوسانات.
فرکانس نامه v ("nu") را نشان می دهد. در هر واحد فرکانس یک نوسان را در هر ثانیه پذیرفته است. این واحد به افتخار دانشمند آلمانی، هرین هرتز، هرتز (هرتز) نامگذاری شده است.
دوره نوسان T و فرکانس نوسانات V با وابستگی زیر مرتبط است:
t \u003d 1 / یا \u003d 1 / t.
Cyclic (دایره ای) فرکانس ω - تعداد نوسانات برای 2π ثانیه
نوسانات هارمونیک - نوسانات مکانیکی که تحت عمل نیروی متناسب با جابجایی قرار می گیرند و به طور مخالف به آن عمل می کنند. نوسانات هارمونیک توسط قانون سینوس یا کوزین انجام می شود.
اجازه دهید نقطه مواد باعث ایجاد نوسانات هارمونیک شود.
معادله نوسان هارمونیک است:
a - شتاب V- سرعت Q - شارژ A - دامنه T -
- اینها حرکات یا فرایندهایی هستند که با تکرار کننده خاصی در زمان مشخص می شوند.
دوره نوسانات T. - فاصله زمانی که طی آن یک نوسان کامل رخ می دهد.
فرکانس نوسان ν. - تعداد نوسانات کامل در هر واحد زمان. در سیستم SI، آن را در هرتز (Hz) بیان شده است.
دوره و فرکانس نوسانات با رابطه مرتبط است:
نوسانات هارمونیک - اینها نوساناتی هستند که در آن ارزش نوسان، به عنوان مثال، تغییر محموله در بهار از موقعیت تعادل توسط قانون سینوسی یا کوزین تغییر می کند:
 |
شتاب با نوسانات هارمونیک همیشه به سمت مقابل جابجایی هدایت می شود؛ حداکثر شتاب برابر با ماژول است 
بهار و پاندای ریاضی را می توان به عنوان نمونه هایی از نوسانات آزاد به ارمغان آورد. بهار (هارمونیک ) آونگ - جرم توده جمعی، متصل به سفتی K، انتهای دوم که بدون حرکت ثابت است. فرکانس چرخه ای از نوسانات محموله این است:
خودکشینی - این یک نوسانات رایگان بی رحمانه است که توسط مبادله انرژی دوره ای از منبع نیروی خارجی پشتیبانی می شود. یک نمونه از یک سیستم خودکار نوسان می تواند ساعت مکانیکی را خدمت کند.
1. نوسان نوسانات دوره ای نوسانات هارمونیک
2. نوسانات رایگان نوسانات غیرقانونی و محو شدن.
3. نوسانات اجباری رزونانس
4. مقایسه فرآیندهای ارتعاشی. انرژی نوسانات هارمونیک ناامید کننده.
5. Autocalbania.
6. نوسانات بدن انسان و ثبت نام آنها.
7. مفاهیم پایه و فرمول ها.
8. وظایف
1.1. نوسانات نوسانات دوره ای
نوسانات هارمونیک
نوساناتفرایندهای تماس که در یک یا چند درجه تکرارپذیری متفاوت هستند.
تکرار پذیراین فرآیندها به طور مداوم در داخل هر ارگانیسم زنده رخ می دهد، به عنوان مثال: کاهش قلب، ریه ها؛ ما زمانی که ما سرد هستیم لرزان؛ ما می شنویم و به لطف نوسانات درامرها و لیگامان صوتی صحبت می کنیم؛ هنگام پیاده روی، پاهای ما حرکات نوسان را ایجاد می کنند. من اتم های اتمی را که از آن ما هستند نوسان می کنم. جهان که در آن زندگی می کنیم، شگفت آور تمایل به ارتعاشات است.
بسته به ماهیت فیزیکی فرآیند تکراری، نوسانات متمایز هستند: مکانیکی، الکتریکی و غیره در این سخنرانی در نظر گرفته شده است نوسانات مکانیکی
نوسانات دوره ای
تناوبیاین نوسانات نامیده می شود، که در آن تمام ویژگی های حرکت پس از یک دوره زمانی خاص تکرار می شود.
برای نوسانات دوره ای از ویژگی های زیر استفاده کنید:
دوره نوساناتT، برابر با زمانی که طی آن یک نوسان کامل انجام می شود؛
فرکانس نوساناتν، برابر با تعداد نوسانات انجام شده در یک ثانیه (ν \u003d 1 / T)؛
دامنه نوسانبرابر با حداکثر جابجایی از موقعیت تعادل.
نوسانات هارمونیک
جایگاه ویژه ای در میان نوسانات دوره ای اشغال می شود هارمونیکنوسانات اهمیت آنها به دلایل زیر است. اولا نوسانات طبیعت و تکنیک اغلب دارای یک شخصیت، بسیار نزدیک به هارمونیک، و در مرحله دوم، فرایندهای دوره ای از فرم دیگری (با وابستگی زمانی متفاوت) می تواند به عنوان اعمال چندین نوسانات هارمونیک نمایانگر باشد.
نوسانات هارمونیک- این نوسانات است که در آن مقدار مشاهده شده در زمان با توجه به قانون سینوسی یا کوزین متفاوت است:
در ریاضیات، عملکرد این گونه نامیده می شود هارمونیکبنابراین، نوسانات توصیف شده توسط چنین توابع نیز به نام هارمونیک نامیده می شود.
موقعیت بدن که حرکت جنبش نوسان را انجام می دهد مشخص می شود جابه جاییبا توجه به موقعیت تعادل. در این مورد، مقادیر موجود در فرمول (1.1) معنی زیر را دارند:
h.- جانبداریبدن در زمان t؛
ولی - دامنهنوسانات برابر با حداکثر جابجایی؛
ω - فرکانس دایره اینوسانات (تعداد نوسانات انجام شده در 2 π ثانیه) مرتبط با نوسان فرکانس توسط رابطه
φ = (ωt +φ 0) - فازنوسانات (در زمان t)؛ φ 0 - مرحله اولیهنوسانات (در t \u003d 0).
شکل. 1.1.نمودار وابستگی جابجایی از زمان برای x (0) \u003d a و x (0) \u003d 0
1.2 نوسانات رایگان نوسانات دشوار و محو شدن
رایگانیا خودآنها چنین نوسانات نامیده می شوند که در سیستم به خودشان اعمال می شود پس از آن که از موقعیت تعادل حذف شد.
یک مثال، نوسانات توپ به حالت تعلیق در موضوع است. به منظور ایجاد نوسان، شما باید توپ را فشار دهید، یا به یاد بیاورید، اجازه دهید بروید. با فشار، توپ گزارش شده است جنبشیانرژی، و با انحراف - پتانسیل.
نوسانات رایگان به دلیل سهام اولیه انرژی ساخته شده است.
نوسانات ناامید کننده
نوسانات رایگان می تواند تنها در غیاب نیروی اصطکاک ناموفق باشد. در غیر این صورت، سهام اولیه انرژی بر روی غلبه بر آن صرف خواهد شد و نوسان نوسان ها کاهش می یابد.
به عنوان مثال، نوسانات در بدن را به حالت تعلیق در بهار بی حد و حصر متوقف کنید، پس از آنکه بدن رد شد و سپس آزاد شد (شکل 1.2).
شکل. 1.2نوسانات بدن در بهار
از طرف بهار کشش بر روی بدن عمل می کند قدرت الاستیکf، متناسب با اندازه جابجایی ایکس:
ضریب دائمی k نامیده می شود سفتی بهارو بستگی به اندازه و مواد آن دارد. نشانه "-" نشان می دهد که نیروی کشش همیشه به سمت جهت مخالف جابجایی هدایت می شود، I.E. به موقعیت تعادل.
در غیاب اصطکاک، قدرت کششی (1.4) تنها نیرویی است که بر بدن عمل می کند. با توجه به قانون دوم نیوتن (MA \u003d F):
پس از انتقال تمام اجزای به سمت چپ و بخش بر روی بدن (M)، ما یک معادله دیفرانسیل از نوسانات آزاد را در غیاب اصطکاک به دست می آوریم:
مقدار ω 0 (1.6) برابر با فرکانس چرخه ای بود. این فرکانس نامیده می شود خودت.
بنابراین، نوسانات رایگان در غیاب اصطکاک هارمونیک هستند، اگر انحراف از موقعیت تعادل رخ می دهد قدرت الاستیک(1.4).
خود دایره ایفرکانس مشخصه اصلی نوسانات هارمونیک آزاد است. این مقدار تنها بستگی به خواص سیستم نوسان دارد (در مورد مورد توجه - از وزن بدن و سفتی بهار). در آینده، نماد ω 0 همیشه برای تعیین استفاده می شود فرکانس دایره ای خود(I.E. فرکانس هایی که نوسانات آنها در غیاب نیروی اصطکاک).
نوسانات رایگان دامنهتعیین شده توسط خواص سیستم نوسان (M، K) و انرژی گزارش شده به آن در لحظه اولیه زمان.
در غیاب اصطکاک، نوسانات آزاد نزدیک به هارمونیک، همچنین در سایر سیستم ها بوجود می آیند: پاندول ریاضی و فیزیکی (نظریه این مسائل در نظر گرفته نشده است) (شکل 1.3).
آونگ ریاضی- یک بدن کوچک (نقطه ماده) به حالت تعلیق در یک موضوع بدون وزن (شکل 1.3 a). اگر موضوع از موقعیت تعادل به یک زاویه کوچک (تا 5 درجه) رد شود، بدن، بدن نوسانات را با یک دوره تعیین شده توسط فرمول انجام می دهد
جایی که L طول موضوع است، G شتاب سقوط آزاد است.
شکل. 1.3.آونگ ریاضی (A)، پاندول فیزیکی (ب)
آونگ فیزیکی- یک بدن جامد است که ارتعاش را تحت عمل گرانش در اطراف محور ثابت افقی انجام می دهد. شکل 1.3 B نشان می دهد که شکل گیری آونگ فیزیکی به شکل یک شکل از یک شکل دلخواه که بر روی موقعیت تعادل به زاویه α تخلیه می شود. دوره نوسانات آونگ فیزیکی توسط فرمول توصیف شده است
جایی که J لحظه ای از inertia بدن نسبت به محور است، M - Mass، H فاصله بین مرکز گرانش (نقطه C) و محور تعلیق (نقطه O) است.
لحظه ای از اینرسی، ارزش بسته به جرم بدن، اندازه و موقعیت آن نسبت به محور چرخش است. لحظه ی اینرسی با فرمول های خاص محاسبه می شود.
نوسانات شناور شل
نیروهای اصطکاک که در سیستم های واقعی عمل می کنند، به طور قابل ملاحظه ای ماهیت جنبش را تغییر می دهند: انرژی سیستم نوسان دائما کاهش می یابد و نوسانات یا نوسانات مد زودگذریا به هیچ وجه بوجود نمی آیند
نیروی مقاومت به طرف مقابل حرکت بدن هدایت می شود و با سرعت بسیار زیاد متناسب با سرعت نیست:
برنامه چنین نوسانات در شکل نشان داده شده است. 1.4
به عنوان یک ویژگی از درجه تضعیف، یک مقدار بدون بعد به نام کاهش لگاریتمی از بین رفتنλ.
شکل. 1.4وابستگی جابجایی زمان با نوسانات محو شدن
کاهش میزان کاهش لگاریتمیاین برابر با لگاریتم طبیعی برای دامنه نوسان قبلی به دامنه نوسان بعدی است.
جایی که من تعداد توالی نوسان هستم
آسان است که ببینیم کاهش لگاریتمی ضعف در فرمول است
تضعیف شدیدبرای
انجام وضعیت β ≥ ω 0 سیستم به موقعیت تعادل بدون انجام نوسان ها باز می گردد. چنین حرکتی نامیده می شود دوره ای.شکل 1.5 دو روش ممکن را برای بازگشت به موقعیت تعادل در حرکت آمریكا نشان می دهد.
شکل. 1.5.جنبش Aperiodic
1.3. نوسانات اجباری، رزونانس
نوسانات رایگان در حضور نیروهای اصطکاک محو می شوند. نوسانات ناخوشایند را می توان با استفاده از یک نفوذ خارجی دوره ای ایجاد کرد.
اجباریچنین نوسانات نامیده می شود، در فرایندی که سیستم نوسانات در معرض یک نیروی دوره ای خارجی قرار دارد (به نام نیروی پیشگیرانه نامیده می شود).
اجازه دهید نیروی تولید در قانون هارمونیک متفاوت باشد
برنامه نوسان های اجباری در شکل نشان داده شده است. 1.6
شکل. 1.6برنامه جابجایی زمان با نوسان های اجباری
می توان دید که دامنه نوسان های اجباری به تدریج به مقدار ثابت می رسد. نوسانات اجباری ایجاد شده هماهنگ هستند، و فرکانس آنها برابر با فرکانس نیروی اجباری است:
دامنه (a) نوسانات اجباری ایجاد شده توسط فرمول است:
رزونانساین نامیده می شود به دست آوردن حداکثر دامنه نوسان های اجباری در یک مقدار مشخص از فرکانس نیروی اجباری است.
اگر شرط (1.18) برآورده نشده باشد، پس رزونانس رخ نمی دهد. در این مورد، با افزایش فرکانس قدرت اجباری دامنه نوسان های اجباری، یکنواختی کاهش می یابد، تلاش برای صفر.
وابستگی گرافیکی دامنه نوسان های اجباری از فرکانس دایره ای نیروی اجباری در مقادیر مختلف ضریب ضریب ضریب ضریب ضریب انقباض (β 1\u003e β 2\u003e β 3) در شکل نشان داده شده است. 1.7 چنین مجموعه ای از نمودارها منحنی های رزونانس نامیده می شود.
در بعضی موارد، افزایش شدید دامنه نوسانات در طول رزونانس، برای قدرت سیستم خطرناک است. مواردی وجود دارد که رزونانس منجر به تخریب ساختارها شد.
شکل. 1.7منحنی های رزونانس
1.4 مقایسه فرآیندهای ارتعاشی. انرژی نوسانات هارمونیک غیر تدریس
جدول 1.1 ویژگی های فرآیندهای نوسان در نظر گرفته شده را ارائه می دهد.
جدول 1.1.ویژگی های نوسانات آزاد و اجباری
انرژی نوسانات هارمونیک غیر تدریس
بدنی که نوسانات هارمونیک را انجام می دهد دارای دو نوع انرژی است: انرژی جنبشی از جنبش E K \u003d MV 2/2 و انرژی بالقوه E P مرتبط با عمل نیروی الاستیک است. شناخته شده است که تحت عمل نیروی الاستیک (1.4)، انرژی بالقوه بدن توسط فرمول E n \u003d Кх 2/2 تعیین می شود. برای نوسانات ناامید کننده h.\u003d COS (ωt)، و میزان بدن توسط فرمول تعیین می شود v.\u003d - ωsin (ωt). از اینجا، عبارات برای انرژی بدن که نوسانات ناراحتی را انجام می دهند، به دست می آید:
کل انرژی سیستم، که در آن نوسانات هارمونیک های پیچیده رخ می دهد، از این انرژی ها تشکیل شده و بدون تغییر باقی می ماند:
در اینجا m جرم بدن، ω و فرکانس دایره ای و دامنه نوسانات، K ضریب کشش است.
1.5. خودکشینی
سیستم هایی وجود دارد که خود را تنظیم مجدد دوره های انرژی از دست رفته را تنظیم می کنند و بنابراین می توانند برای مدت طولانی تغییر کنند.
خودکشینی- نوسانات ناخوشایند توسط منبع خارجی انرژی پشتیبانی می شود، ورود آن توسط سیستم نوسان خود تنظیم می شود.
سیستم هایی که چنین نوسانات بوجود می آیند نامیده می شوند نوسانات خوددامنه و فرکانس خود نوسانات بستگی به خواص سیستم خود نوسان سازی دارد. سیستم خودکار نوسان می تواند به طرح زیر ارسال شود:
در این مورد، سیستم نوسان کانال بازخورد خود را بر تنظیم کننده انرژی تاثیر می گذارد، به وضعیت سیستم اطلاع رسانی می کند.
بازخورداین تاثیر نتایج برخی از نوع فرآیند بر جریان آن است.
اگر چنین تاثیری منجر به افزایش شدت فرایند شود، بازخورد نامیده می شود مثبتاگر تاثیر منجر به کاهش شدت فرایند شود، پس بازخورد نامیده می شود منفی.
سیستم خودکار نوسان ممکن است هر دو بازخورد مثبت و منفی ارائه شود.
یک نمونه از یک سیستم خودکار نوسان، ساعت است که در آن آونگ به دلیل انرژی افزایش یافته یا بهار پیچ خورده شوک می شود و این شوک ها در آن لحظات زمانی رخ می دهد که آونگ از طریق موقعیت متوسط \u200b\u200bعبور می کند.
یک نمونه از سیستم های بیولوژیکی خودکار نوسانات، اندام هایی مانند قلب، ریه ها هستند.
1.6 نوسانات بدن انسان و ثبت نام آنها
تجزیه و تحلیل نوسانات ایجاد شده توسط بدن انسان یا بخش های فردی آن به طور گسترده ای در عمل پزشکی استفاده می شود.
حرکات نوسان بدن انسان هنگام راه رفتن
پیاده روی یک فرآیند انحصاری دوره ای پیچیده است که ناشی از فعالیت هماهنگ عضلات اسکلتی بدن و اندام است. تجزیه و تحلیل روند پیاده روی نشانه های تشخیصی زیادی می دهد.
یکی از ویژگی های مشخصی از راه رفتن، فرکانس موقعیت مرجع توسط یک پا (یک دوره از یک پشتیبانی واحد) یا دو پا (دوره پشتیبانی دوگانه) است. به طور معمول، نسبت این دوره ها 4: 1 است. هنگام راه رفتن، جابجایی دوره ای از مرکز جرم (سانتی متر) در امتداد محور عمودی (به طور معمول 5 سانتی متر) و انحراف به طرف (به طور معمول 2.5 سانتی متر) وجود دارد. در عین حال، CM باعث حرکت حرکت در امتداد منحنی می شود که می تواند تقریبا یک تابع هارمونیک باشد (شکل 1.8).
شکل. 1.8.جابجایی عمودی CM بدن انسان در طول پیاده روی
جنبش های ارتعاشی پیچیده در حالی که حفظ موقعیت عمودی بدن.
فرد به صورت عمودی ایستاده، نوسانات پیچیده در مرکز عمومی جرم (OCS) و مرکز فشار (CD) در هواپیما پشتیبانی متوقف می شود. در تجزیه و تحلیل این نوسانات بر اساس است stocianesimetria- روش ارزیابی توانایی فرد برای حفظ یک وضعیت عمودی. از طریق حفظ پیش بینی توسط BCM در مختصات مرز منطقه پشتیبانی. این روش با استفاده از یک تجزیه کننده تثبیت سنجی اجرا می شود، بخش اصلی آن یک تازگیپلاستی است که در آن موضوع در وضعیت عمودی قرار دارد. نوسانات انجام شده توسط آزمون آزمون در هنگام حفظ موقعیت های عمودی توسط استینپلاستیپردازنده منتقل می شود و توسط سنجش های ویژه ای ثبت می شود. سیگنال های Tensifold به دستگاه ضبط منتقل می شوند. در همان زمان ثبت شده است stocinesigram -مسیر جابجایی جابجایی CD در هواپیما افقی در سیستم مختصات دو بعدی. توسط طیف هارمونیک stocinesigrammasاین را می توان بر ویژگی های عجیب و غریب در هنجار و انحراف از آن قضاوت کرد. این روش به شما امکان می دهد شاخص های پایداری استاتیک یک فرد را تجزیه و تحلیل کنید.
نوسانات مکانیکی قلب
روش های مختلف تحقیقات قلب وجود دارد که بر اساس فرآیندهای دوره ای مکانیکی هستند.
ballergartiography(BKG) - روش مطالعه تظاهرات مکانیکی فعالیت قلبی، بر اساس ثبت میکروسکوپ پالس بدن به دلیل پرتاب خون از بطن قلب به عروق بزرگ. در همان زمان یک پدیده وجود دارد برگشت.بدن انسان بر روی یک پلت فرم خاص تلفن همراه واقع در یک جدول ثابت ثابت قرار می گیرد. پلت فرم به عنوان یک نتیجه از بازگشت به یک جنبش نوسان پیچیده تبدیل می شود. وابستگی جابجایی پلت فرم با یک بدن از زمان Balleriogram نامیده می شود (شکل 1.9)، تجزیه و تحلیل آن اجازه می دهد تا قضاوت جریان خون و وضعیت فعالیت قلبی.
apeckskardiy(AKG) - روش ثبت نام گرافیک نوسانات قفسه سینه کم فرکانس در منطقه بالای شوک ناشی از کار قلب. ثبت نام Apexcardiogram به عنوان یک قاعده، در الکتروکاردی چند کاناله انجام می شود
شکل. 1.9.ضبط ballerokardiogram
سرقت با کمک یک سنسور پیزو کریستالی، که مبدل نوسان های مکانیکی به الکتریکی است. قبل از ضبط در دیوار جلو قفسه سینه، نقطه حداکثر موج (فشار بالا) را تعیین کنید، که در آن حسگر رفع می شود. توافقنامه به صورت خودکار توسط سیگنال های سنسور ساخته شده است. تجزیه و تحلیل دامنه AKG انجام می شود - مقایسه دامنه منحنی در مراحل مختلف قلب قلب با حداکثر انحراف از خط صفر - بخش EO برای 100٪ گرفته شده است. شکل 1.10 یک آپکاردیوگرام را نشان می دهد.
شکل. 1.10ضبط Apexcardiogram
کینتوکاردیوگرافی(KKG) - یک روش برای ثبت لرزش فرکانس پایین دیوار قفسه سینه، به علت فعالیت قلبی. Kinetocardiogram از Apexcardiogram متفاوت است: اولین رفع ضبط حرکات مطلق دیواره قفسه سینه در فضا، دوم، نوسانات بینابینی نسبت به دنده ها را ثبت می کند. در این روش، حرکت (KKG X) تعیین می شود، سرعت حرکت (KKG V) و همچنین شتاب (KKG A) برای نوسانات قفسه سینه تعیین می شود. شکل 1.11 مقایسۀ کینتوکاردیوگرام های مختلف را ارائه می دهد.
شکل. 1.11ضبط جابجایی (X)، سرعت (V)، سرعت، شتاب (ها)
دیناموگرافی(DCG) یک روش برای ارزیابی حرکت مرکز جاذبه سینه است. دیناموکاردیوگرافی به شما اجازه می دهد تا نیروهای خود را در کنار سینه انسان فعال کنید. برای ضبط دیناموکاردیوگرام، بیمار بر روی میز دروغین در پشت قرار دارد. تحت قفسه سینه یک دستگاه درک است که شامل دو صفحه فلزی سفت و سخت با اندازه 30x30 سانتی متر است که بین آنها عناصر الاستیک با سنجش فشار بر روی آنها قرار دارند. به طور دوره ای تغییر اندازه و مکان برنامه، بار عمل بر روی دستگاه درک از سه جزء تشکیل شده است: 1) جزء ثابت جرم سینه است؛ 2) متغیر - اثر مکانیکی حرکات تنفسی؛ 3) فرآیندهای متغیر - مکانیکی همراه با اختصار قلب.
رکورد دیناموکاردیوگرام با تاخیر در تنفس تحت محققان در دو جهت انجام می شود: نسبت به محور طولی و عرضی دستگاه ادراک. مقایسه دیناموکاردیوگرام های مختلف در شکل نشان داده شده است. 1.12
لرزه کاردیوگرافیبر اساس ثبت نوسانات مکانیکی در بدن انسان ناشی از کار قلب. در این روش، با کمک سنسورهای نصب شده در زمینه پایه فرآیند شمشیر، یک انگیزه قلب به علت فعالیت مکانیکی قلب در طول دوره کاهش ثبت می شود. در عین حال، فرایندهای مربوط به فعالیت های مکانیسم های بافتی کانال عروقی، زمانی که کاهش حجم خون گردش خون رخ می دهد، فعال می شود. Seismocardius شکل نوسانات ستون فقرات را تشکیل می دهد.
شکل. 1.12ضبط طولی طبیعی (A) و عرضی (B) دیناموکاردیوگرام
لرزش
معرفی گسترده ای از ماشین آلات و مکانیزم های مختلف برای زندگی انسان، بهره وری را افزایش می دهد. با این حال، کار بسیاری از مکانیزم ها با وقوع ارتعاشات که به یک فرد منتقل می شود و اثر مضر بر آن دارد، مرتبط است.
لرزش- نوسانات اجباری در بدن، که در آن تمام بدن به طور کامل نوسان می کند، یا قطعات فردی آن با دامنه های مختلف و فرکانس ها نوسان دارد.
یک فرد به طور مداوم انواع مختلفی از اثرات ارتعاش را در حمل و نقل، در تولید، در زندگی روزمره تجربه می کند. نوسانات که در هر جا از بدن بوجود آمد (به عنوان مثال، یک دست کاری نگه داشتن یک جکحمر)، در سراسر بدن به شکل امواج الاستیک گسترش یافت. این امواج در بافت های متغیرهای بدن تغییر شکل انواع مختلف (فشرده سازی، کشش، تغییر، خم شدن) ایجاد می شود. اثر ارتعاش در هر فرد به علت بسیاری از عوامل تعیین کننده ارتعاش: فراوانی (طیف فرکانس، فرکانس اصلی)، دامنه، سرعت و شتاب نقطه نوسان، انرژی فرآیندهای نوسان.
تأثیر طولانی مدت ارتعاش باعث تخلفات مداوم توابع فیزیولوژیک طبیعی در بدن می شود. ممکن است "بیماری ارتعاشی" رخ دهد. این بیماری منجر به تعدادی از اختلالات جدی در بدن انسان می شود.
تأثیر ارتعاشات بر روی بدن بستگی به شدت، فرکانس، طول ارتعاش، مکان های کاربرد و جهت آنها نسبت به بدن، موقعیت، و همچنین از وضعیت فرد و ویژگی های فردی آن بستگی دارد.
نوسانات با فرکانس 3-5 هرتز باعث واکنش دستگاه ویستیبولار، اختلالات عروقی می شود. در فرکانس های 3 تا 15 هرتز، اختلالات مرتبط با نوسانات رزونانس اندام های فردی (کبد، معده، سر) و بدن به طور کلی مشاهده می شود. نوسانات با فرکانس های 11-45 هرتز باعث اختلال، تهوع، استفراغ می شود. در فرکانس های بیش از 45 هرتز، خسارت به عروق مغز، نقض گردش خون و غیره وجود دارد. شکل 1.13 زمینه های فرکانس های ارتعاش را نشان می دهد که تأثیر مضر بر فرد و سیستم اندام های آن دارند.
شکل. 1.13.زمینه های فرکانس اثرات مضر ارتعاش در هر فرد
در عین حال، در برخی موارد، ارتعاشات در پزشکی استفاده می شود. به عنوان مثال، با کمک یک ویبراتور ویژه، دندانپزشک آماده سازی آمالگام است. استفاده از دستگاه های ارتعاش فرکانس بالا اجازه می دهد تا حفاری در دندان سوراخ یک شکل پیچیده.
لرزش استفاده می شود و با ماساژ. با ماساژ دستی، پارچه های قابل انعطاف در یک حرکت نوسان با دست Massseur داده می شود. با ماساژ سخت افزاری، روانپروهای مورد استفاده قرار می گیرند، که در آن راهنمایی های اشکال مختلف برای انتقال بدن از حرکات نوسان استفاده می شود. دستگاه های ارتعاش به منظور ارتعاش عمومی به دستگاه تقسیم می شوند و باعث تکان دادن کل بدن (ارتعاش "صندلی"، "تخت"، "پلت فرم"، و غیره)، و دستگاه های تاثیر گذار محلی برای بخش های فردی بدن.
درمانی
در آموزش فیزیکی درمانی (LFC)، شبیه ساز ها استفاده می شود، که در آن حرکات نوسان بخش های مختلف بدن انسان انجام می شود. آنها مورد استفاده قرار می گیرند مکانیوتراپی -شکل تمرین، یکی از وظایف آن، اجرای دوز، تمرینات فیزیکی مکرر ریتمیک به منظور آموزش یا بازگرداندن تحرک در مفاصل در دستگاه های نوع پاندول است. اساس این دستگاه ها متعادل است (از FR. متعادل کننده- نوسان، تعادل) آونگ، که یک اهرم بیسکویت است، انجام حرکت نوسان (نوسان) در نزدیکی محور ثابت.
1.7 مفاهیم اساسی و فرمول ها
ادامه جدول
ادامه جدول
جدول پایان
1.8. وظایف
1. نمونه هایی از سیستم های نوسان انسانی را ایجاد کنید.
2. در یک بزرگسال، قلب 70 کاهش در دقیقه می شود. تعیین: الف) فرکانس اختصارات؛ ب) تعداد کاهش به مدت 50 سال
پاسخ:الف) 1،17 هرتز؛ ب) 1.84x10 9.
3. چه مدت باید پاندول ریاضی را داشته باشد، به طوری که دوره نوسانات او برابر با 1 ثانیه باشد؟
4.
میله های همگن مستقیم مستقیم 1 متر طول می کشد تا انتهای محور به حالت تعلیق درآمده باشد. تعیین: الف) دوره نوسانات آن (کوچک) چیست؟ ب) طول یک پاندول ریاضی که دارای همان دوره نوسان است چیست؟
5.
بدن وزن 1 کیلوگرم باعث ایجاد نوسانات توسط قانون X \u003d 0.42 COS (7.40T)، جایی که T در ثانیه اندازه گیری می شود، و X - در متر. پیدا کردن: الف) دامنه؛ ب) فرکانس؛ ج) انرژی کامل؛ د) انرژی جنبشی و بالقوه در x \u003d 0.16 متر.
6.
ارزیابی سرعت که یک فرد با طول گام می رود l.\u003d 0.65 متر طول پا L \u003d 0.8 متر؛ مرکز جاذبه در فاصله H \u003d 0.5 متر از پا است. برای لحظه ای از inertia، پاها نسبت به مفصل ران از فرمول I \u003d 0.2ML 2 استفاده می کنند.
7.
چگونه می توانید جرم یک بدن کوچک را در هیئت مدیره ایستگاه فضایی تعیین کنید، اگر یک ساعت، یک بهار و مجموعه ای از وزن دارید؟
8.
دامنه نوسانات محو شده برای 10 نوسان به میزان 1/10 بخشی از مقدار اولیه آن کاهش می یابد. دوره نوسانات t \u003d 0.4 ثانیه است. کاهش لگاریتمی و ضریب انقباض را تعیین کنید.
