К ОЛИВАННЯ Коливання фізичний процес, під час якого чергуються інтервали збільшення й зменшення фізичної величини.

К ОЛИВАЛЬНИЙ РУХ Коливаннями або коливальними рухами називають такі види механічного руху чи зміни стану системи, які періодично повторюються в часі, наприклад, механічні коливання тіла на пружині, коливання маятників, коливання струн, вібрації фундаментів будівель, електромагнітні коливання в коливальному контурі.

К ОЛИВАЛЬНИЙ РУХ. За фізичною природою коливання поділяють на механічні та електромагнітні, за характером коливань - на вільні, вимушені та автоколивання. Хоча коливання досить різноманітні за своєю фізичною природою, але вони мають спільні закономірності й описуються однотипними математичними методами.

М ЕХАНІЧНІ КОЛИВАННЯ Механічні коливання - періодичне зміщення тіла то в один, то в другий бік відносно положення рівноваги. Механічна система, в якій одне або декілька тіл можуть здійснювати коливальні рухи, називають коливальною системою.

А ВТОКОЛИВАННЯ. Ще одним видом незагасальних коливань є автоколивання. Це коливання, які підтримуються внутрішніми джерелами енергії системи, коли не діє зовнішня періодична сила. Наприклад, настінний годинник з маятником або наручний механічний годинник - це механічні автоколивальні системи. У годинниках потенціальна енергія тягарця (або стиснутої пружини) поступово, окремими порціями передається маятнику і компенсує втрати на тертя. Можна спостерігати автоколивання струни під дією смичка, голосових зв'язок під час розмови або співу.

М ЕХАНІЧНІ КОЛИВАННЯ Коливання називаються періодичними, якщо фізичний стан системи повністю повторюється через якийсь певний проміжок часу, що називається періодом

М АТЕМАТИЧНИЙ МАЯТНИК Математичний маятник тіло типу матеріальної точки, підвішене на довгій невагомій нерозтяжній нитці

П РУЖИННИЙ МАЯТНИК Пружинний маятник складається з тягарця масою m, зєднаного з пружиною жорсткістю k. Якщо зовнішньою силою вивести систему з положення рівноваги, вона може коливатися відносно положенняO.

В ИМУШЕНІ КОЛИВАННЯ. Р ЕЗОНАНС. Графік ідеалізованого власного коливання являє собою синусоїду або косинусоїду. Однак у будь-якій реальній коливальній системі, внаслідок неминучості дії сил тертя й опору, власні коливання згасають, тобто їх амплітуда зменшується з часом.

В ИМУШЕНІ КОЛИВАННЯ. У природі і техніці дуже часто реалізуються не власні, а вимушені коливання, тобто коливання під дією зовнішньої (змушуючої) сили. Приклади: вимушені коливання здійснюють дерева і фрагменти споруд під натиском вітру; підлога машинного залу на заводі; міст під ногами людей, мембрана мікрофона та ін. Вимушені коливання можуть бути незгасаючими, якщо зовнішня дія буде компенсувати зменшення енергії в системі, викликане дією сил тертя й опору.

Р ЕЗОНАНС. Особливим проявом дії змушуючої сили є явище резонансу стрімкого (різкого) зростання амплітуди вимушених коливань за умови збігу частоти власних коливань системи і частоти, з якою змінюється змушуюча сила.

Р ЕЗОНАНС. Графік залежності амплітуди коливань від частоти під час резонансу зображено на рис Резонансна крива тим гостріша, чим менші втрати енергії в системі

Р ЕЗОНАНС. Приклад перших проявів руйнівної дії резонансу: руйнування підвісних мостів через річку Луару у Франції наприкінці XIX ст. та в Росії на початку ХХ ст. через річку Фонтанка. У першому випадку солдати крокували по мосту в ногу, у другому гарцювали кінні гренадери.

Р ЕЗОНАНС. Для послаблення шкідливої дії резонансу в техніці використовують гасителі коливань (демпфери), гумові та повстяні прокладки. Але резонанс може бути не тільки шкідливим. Приклади корисних проявів резонансу: підсилення звуку музичними інструментами (корпус гітари, міхи баяна), настроювання радіоприймача на частоту потрібної радіостанції.

З АПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ 1. Опишіть процес перетворення енергії під час гармонічних коливань на прикладі пружинного маятника. 2. За якими формулами визначають повну механічну енергію тіла, що гармонічно коливається, в момент проходження точки рівноваги і крайніх точок руху?

З АПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ 3. За якою формулою визначають повну механічну енергію тіла, що гармонічно коливається, в момент проходження між точкою положення рівноваги і крайньою точкою руху? 4. Чому вільні коливання маятника загасають? За яких умов коливання можуть стати незагасальними?