لكن ما نعنيه بالوظيفة هو الاعتماد على كمية فيزيائية تتأرجح مع الزمن.
ينطبق هذا المفهوم في هذا النموذج على كل من التذبذبات التوافقية وغير التوافقية الدورية بشكل صارم (وتقريبًا - بدرجات متفاوتة من النجاح - والتذبذبات غير الدورية، على الأقل تلك القريبة من الدورية).
في الحالة عندما نتحدث عن تذبذبات المذبذب التوافقي مع التخميد، تُفهم الفترة على أنها فترة مكون التذبذب الخاص به (تجاهل التخميد)، والتي تتزامن مع ضعف الفاصل الزمني بين أقرب مقاطع لقيمة التذبذب حتى الصفر. من حيث المبدأ، يمكن أن يمتد هذا التعريف، بدقة وفائدة أكبر أو أقل، في بعض التعميم ليشمل التذبذبات المخمدة مع خصائص أخرى.
التسميات:الترميز القياسي المعتاد لفترة التذبذب هو: (على الرغم من إمكانية استخدام البعض الآخر، إلا أنه في أغلب الأحيان يكون كذلك، وأحيانًا، وما إلى ذلك).
ترتبط فترة التذبذب بعلاقة التبادل المتبادل مع التردد:
بالنسبة للعمليات الموجية، من الواضح أيضًا أن الفترة مرتبطة بطول الموجة
أين هي سرعة انتشار الموجة (بتعبير أدق، سرعة الطور).
في فيزياء الكمترتبط فترة التذبذب ارتباطًا مباشرًا بالطاقة (نظرًا لأنه في فيزياء الكم، فإن طاقة الجسم - على سبيل المثال، الجسيم - هي تردد تذبذب دالته الموجية).
النتيجة النظريةإن تحديد فترة تذبذب نظام فيزيائي معين يأتي، كقاعدة عامة، لإيجاد حل للمعادلات الديناميكية (المعادلات) التي تصف هذا النظام. بالنسبة لفئة الأنظمة الخطية (وتقريبًا للأنظمة القابلة للخطية في التقريب الخطي، والذي غالبًا ما يكون جيدًا جدًا)، هناك طرق رياضية قياسية وبسيطة نسبيًا تسمح بذلك (إذا كانت المعادلات الفيزيائية نفسها التي تصف النظام معروفة ).
للتحديد التجريبييتم استخدام الفترة والساعات وساعات التوقف وأجهزة قياس التردد والستروبسكوبات ومقاييس الذبذبات وأجهزة قياس الذبذبات. تُستخدم أيضًا النبضات، وطريقة التغاير بأنواعها المختلفة، ويتم استخدام مبدأ الرنين. بالنسبة للموجات، يمكنك قياس الفترة بشكل غير مباشر - من خلال الطول الموجي، حيث يتم استخدام مقاييس التداخل وشبكات الحيود وما إلى ذلك. في بعض الأحيان تكون هناك حاجة إلى أساليب متطورة، تم تطويرها خصيصًا لحالة صعبة محددة (يمكن أن تنشأ الصعوبة من قياس الوقت نفسه، خاصة إذا كنا نتحدث عن أوقات قصيرة جدًا أو على العكس من ذلك، أوقات كبيرة جدًا، وصعوبة ملاحظة قيمة متقلبة) .
فترات التذبذبات في الطبيعة
يتم إعطاء فكرة عن فترات تذبذبات العمليات الفيزيائية المختلفة من خلال مقالة فترات التردد (مع الأخذ في الاعتبار أن الفترة بالثواني هي مقلوب التردد بالهرتز).
يمكن أيضًا إعطاء فكرة عن حجم فترات العمليات الفيزيائية المختلفة من خلال مقياس تردد التذبذبات الكهرومغناطيسية (انظر الطيف الكهرومغناطيسي).
تقع فترات تذبذب الصوت الذي يسمعه الإنسان في النطاق
من 5·10 -5 إلى 0.2
(حدودها الواضحة تعسفية إلى حد ما).
فترات التذبذبات الكهرومغناطيسية المقابلة لألوان مختلفة من الضوء المرئي - في النطاق
من 1.1·10 -15 إلى 2.3·10 -15.
نظرًا لأن طرق القياس تميل إلى أن تصبح غير مباشرة بشكل متزايد في فترات التذبذب الكبيرة والصغيرة للغاية (حتى تتدفق بسلاسة إلى الاستقراءات النظرية)، فمن الصعب إعطاء حدود عليا وأدنى واضحة لفترة التذبذب المقاسة مباشرة. يمكن تقديم بعض التقديرات للحد الأعلى من خلال عمر العلم الحديث (مئات السنين)، وللحد الأدنى - فترة تذبذبات الدالة الموجية لأثقل جسيم معروف حاليًا ().
على أي حال الحدود أدناهيمكن أن يكون بمثابة زمن بلانك، وهو صغير جدًا لدرجة أنه وفقًا للمفاهيم الحديثة، لا يصعب قياسه فيزيائيًا على الإطلاق فحسب، بل من غير المحتمل أيضًا أنه في المستقبل المنظور إلى حد ما سيكون من الممكن الاقتراب منه قياس الكميات حتى بأوامر عديدة أصغر. أ الحدود في الأعلى- عمر الكون أكثر من عشرة مليارات سنة.
فترات تذبذبات أبسط الأنظمة الفيزيائية
بندول الربيع
بندول الرياضيات
حيث طول التعليق (على سبيل المثال، الخيط)، هو تسارع السقوط الحر.
إن فترة التذبذب (على الأرض) لبندول رياضي طوله متر واحد هي، بدقة جيدة، ثانيتان.
البندول الجسدي
أين هي لحظة القصور الذاتي للبندول بالنسبة لمحور الدوران، هي كتلة البندول، هي المسافة من محور الدوران إلى مركز الكتلة.
البندول الالتواء
أين عزم القصور الذاتي للجسم، ومعامل الصلابة الدورانية للبندول.
دائرة التذبذب الكهربائي (LC).
فترة تذبذب الدائرة التذبذبية الكهربائية:
أين محاثة الملف، هي سعة المكثف.
تم اشتقاق هذه الصيغة في عام 1853 من قبل الفيزيائي الإنجليزي دبليو طومسون.
ملحوظات
روابط
- فترة التذبذب- مقال من الموسوعة السوفيتية الكبرى
مؤسسة ويكيميديا.
2010.
انظر ما هي "فترة التذبذب" في القواميس الأخرى:فترة التذبذب - الفترة أقصر فترة زمنية تتكرر خلالها حالة النظام الميكانيكي، والتي تتميز بقيم الإحداثيات المعممة ومشتقاتها. [مجموعة من المصطلحات الموصى بها. العدد 106. الاهتزازات الميكانيكية. أكاديمية العلوم......
دليل المترجم الفنيالفترة (التذبذبات) - فترة التذبذبات، هي أقصر فترة زمنية يعود بعدها النظام المتذبذب إلى نفس الحالة التي كان عليها في اللحظة الأولية، ويتم اختيارها بشكل تعسفي. الفترة هي مقلوب تردد التذبذب. مفهوم... ...
القاموس الموسوعي المصور أقصر فترة زمنية، يعود بعدها النظام الذي يقوم بالاهتزازات مرة أخرى إلى نفس الحالة التي كان عليها في البداية. لحظة تم اختيارها بشكل تعسفي. بالمعنى الدقيق للكلمة، مفهوم "P. ل." لا ينطبق إلا عندما تكون قيم k.l.... ...
الموسوعة الفيزيائية أقصر فترة زمنية يعود بعدها النظام المتذبذب إلى حالته الأصلية. فترة التذبذب هي مقلوب تردد التذبذب ...
انظر ما هي "فترة التذبذب" في القواميس الأخرى:القاموس الموسوعي الكبير - فترة التذبذب. الفترة أقصر فترة زمنية تتكرر خلالها حالة النظام الميكانيكي، وتتميز بقيم الإحداثيات المعممة ومشتقاتها...
فترة التذبذبالمعجم التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيكية - 16. فترة التذبذب أقصر فترة زمنية تتكرر خلالها كل قيمة لكمية التذبذب خلال التذبذبات الدورية المصدر ...
كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني أقصر فترة زمنية يعود بعدها النظام المتذبذب إلى حالته الأصلية. فترة التذبذب هي مقلوب تردد التذبذب. * * * فترة التذبذبات فترة التذبذبات ، أقصر فترة زمنية يتم خلالها... ...
انظر ما هي "فترة التذبذب" في القواميس الأخرى:- حالة فترات زمنية محددة تلقائيًا: engl. فترة التذبذب فترة التذبذبات فترة الاهتزازات vok. شوينجونجسداور، م؛ فترة شوينجونجس، و؛ شوينجونجسايت، f روس. فترة التذبذب، م برانك. فترة d... ... نهاية تلقائية
انظر ما هي "فترة التذبذب" في القواميس الأخرى:- فترات زمنية محددة، معايير وقياسات قياسية من القماش الكتاني، مما يسمح لك بفترة زمنية محددة. السمات: الإنجليزية. فترة الاهتزاز فوك. شوينجونجسداور، و؛ فترة شوينجونجس، و… ... Penkiakalbis aiškinamasis Metrologijos terminų žodynas
1. دعونا نتذكر ما يسمى تردد وفترة التذبذبات.
الوقت الذي يستغرقه البندول لإكمال تأرجح واحد يسمى فترة التذبذب.
يتم تحديد الفترة بالحرف توقياس في ثواني(مع).
ويسمى عدد الاهتزازات الكاملة في الثانية الواحدة تردد التذبذب. يشار إلى التردد بالحرف ن .
1 هرتز = .
وحدة تردد الاهتزاز في Ш - هيرتز (1 هرتز).
1 هرتز - هذا هو تردد هذه التذبذبات التي تحدث عندها اهتزازة كاملة خلال ثانية واحدة.
يرتبط تردد التذبذب وفترة التذبذب بالعلاقة:
ن = .
2. تعتمد فترة تذبذب الأنظمة التذبذبية التي تناولناها - البندولات الرياضية والربيعية - على خصائص هذه الأنظمة.
دعونا نتعرف على ما تعتمد عليه فترة تذبذب البندول الرياضي. للقيام بذلك، دعونا نقوم بالتجربة. سنغير طول خيط البندول الرياضي ونقيس زمن عدة اهتزازات كاملة، على سبيل المثال 10. وفي كل حالة، سنحدد فترة اهتزاز البندول بقسمة الزمن المقاس على 10. وتبين التجربة أن كلما زاد طول الخيط، زادت فترة التذبذب.
الآن لنضع مغناطيسًا تحت البندول، وبالتالي نزيد قوة الجاذبية المؤثرة على البندول، ونقيس فترة اهتزازاته. لاحظ أن فترة التذبذب ستنخفض. وبالتالي، فإن فترة تذبذب البندول الرياضي تعتمد على تسارع الجاذبية: كلما زاد، كلما كانت فترة التذبذب أقصر.
صيغة فترة تذبذب البندول الرياضي هي:
|
ت = 2 ع، |
أين ل- طول خيط البندول، ز- تسارع السقوط الحر .
3. دعونا نحدد تجريبيا ما الذي يحدد فترة تذبذب البندول الربيعي.
سنعلق أوزان ذات كتل مختلفة من نفس الزنبرك ونقيس فترة التذبذب. لاحظ أنه كلما زادت كتلة الحمل، زادت فترة التذبذب.
ثم سنقوم بتعليق نفس الحمل من نوابض ذات صلابة مختلفة. تظهر التجربة أنه كلما زادت صلابة الزنبرك، قلت فترة تذبذب البندول.
صيغة فترة تذبذب البندول الربيعي هي:
|
ت = 2 ع، |
أين م- كتلة البضائع، ك- تصلب الربيع .
4. تتضمن صيغ فترة تذبذب البندول الكميات التي تميز البندول نفسه. وتسمى هذه الكميات حدودالأنظمة التذبذبية.
إذا لم تتغير معلمات النظام التذبذب أثناء عملية التذبذب، فإن فترة (تردد) التذبذب تظل دون تغيير. ومع ذلك، في الأنظمة التذبذبية الحقيقية، تعمل قوى الاحتكاك، وبالتالي فإن فترة التذبذبات الحرة الحقيقية تتناقص بمرور الوقت.
فإذا افترضنا عدم وجود احتكاك وأن النظام يقوم باهتزازات حرة فإن فترة الاهتزازات لن تتغير.
تسمى الاهتزازات الحرة التي يمكن أن يؤديها النظام في غياب الاحتكاك بالاهتزازات الطبيعية.
يسمى تردد هذه التذبذبات التردد الطبيعي. ذلك يعتمد على معلمات النظام التذبذبي.
أسئلة الاختبار الذاتي
1. ماذا تسمى فترة اهتزاز البندول؟
2. ما هو تردد اهتزاز البندول؟ ما هي وحدة تردد الاهتزاز؟
3. على أي كميات وكيف تعتمد فترة تذبذب البندول الرياضي؟
4. على أي كميات وكيف تعتمد فترة تذبذب البندول الربيعي؟
5. ما هي الاهتزازات التي تسمى الاهتزازات الطبيعية؟
المهمة 23
1. ما هي فترة اهتزاز البندول إذا أكمل 20 اهتزازة كاملة خلال 15 ثانية؟
2. ما تردد الاهتزاز إذا كانت فترة التذبذب 0.25 s؟
3. ما طول البندول في الساعة البندولية حتى تكون فترة اهتزازها 1 ثانية؟ عدد ز= 10 م/ث 2 ; ص2 = 10.
4. ما هي مدة اهتزاز البندول الذي طول خيطه 28 سم على سطح القمر؟ عجلة الجاذبية على القمر 1.75 م/ث 2 .
5. حدد فترة وتكرار اهتزاز البندول الزنبركي إذا كانت صلابته 100 N/m وكتلة الحمل 1 كجم.
6. كم مرة سيتغير تردد اهتزاز السيارة على النوابض إذا وُضع فيها حمل كتلته تساوي كتلة السيارة الفارغة؟
العمل المختبري رقم 2
دراسة الاهتزازات
البندول الرياضية والربيعية
الغرض من العمل:
اكتشف ما هي الكميات التي تعتمد عليها فترة تذبذب البندول الرياضي والربيعي، وما الذي لا يعتمد عليها.
الأجهزة والمواد:
ترايبود، 3 أوزان بأوزان مختلفة (كرة، وزن 100 جرام، وزن)، خيط بطول 60 سم، 2 نوابض بصلابة مختلفة، مسطرة، ساعة توقيت، شريط مغناطيس.
أمر العمل
1. اصنع بندولًا رياضيًا. شاهد تردده.
2. التحقق من اعتماد فترة تذبذب البندول الرياضي على طول الخيط. وللقيام بذلك، حدد زمن 20 اهتزازة كاملة للبندول بطول 25 و49 سم، واحسب فترة التذبذب في كل حالة. أدخل نتائج القياسات والحسابات، مع مراعاة خطأ القياس، في الجدول 10. استنتج.
الجدول 10
|
ل، م |
ن |
رد د ر، ق |
تد د تي،مع |
|
0,25 |
20 |
||
|
0,49 |
20 |
3. التحقق من اعتماد فترة تذبذب البندول على تسارع الجاذبية. للقيام بذلك، ضع شريطًا مغناطيسيًا أسفل بندول طوله 25 سم. تحديد فترة التذبذب، ومقارنتها مع فترة تذبذب البندول في حالة عدم وجود المغناطيس. استنتج.
4. أظهر أن فترة تذبذب البندول الرياضي لا تعتمد على كتلة الحمل. للقيام بذلك، قم بتعليق أوزان مختلفة الأوزان من خيط بطول ثابت. في كل حالة، حدد فترة التذبذب، مع الحفاظ على السعة كما هي. استنتج.
5. أظهر أن فترة تذبذب البندول الرياضي لا تعتمد على سعة التذبذبات. وللقيام بذلك، انحرف البندول أولاً بمقدار 3 سم ثم بمقدار 4 سم عن موضع التوازن وحدد فترة التذبذب في كل حالة. أدخل نتائج القياسات والحسابات في الجدول 11. استنتج.
الجدول 11
|
أسم |
ن |
ر+د ر، مع |
ت+د ت، مع |
6. بيّن أن فترة تذبذب البندول الزنبركي تعتمد على كتلة الحمل. من خلال ربط أوزان ذات كتل مختلفة بالزنبرك، يمكنك تحديد فترة اهتزاز البندول في كل حالة عن طريق قياس زمن 10 ذبذبات. استنتج.
7. بيّن أن فترة اهتزاز البندول الزنبركي تعتمد على صلابة الزنبرك. استنتج.
8. بيّن أن فترة تذبذب البندول الزنبركي لا تعتمد على السعة. أدخل نتائج القياسات والحسابات في الجدول 12. استنتج.
الجدول 12
|
أسم |
ن |
ر+د ر، مع |
ت+د ت، مع |
المهمة 24
1 ه.استكشاف مدى قابلية تطبيق نموذج البندول الرياضي. للقيام بذلك، قم بتغيير طول خيط البندول وأبعاد الجسم. تحقق مما إذا كانت فترة التذبذب تعتمد على طول البندول إذا كان الجسم كبيرًا وطول الخيط صغيرًا.
2. احسب أطوال البندول الثاني المثبت على عمود ( ز= 9.832 م/ث2)، عند خط الاستواء ( ز= 9.78 م/ث2)، في موسكو ( ز= 9.816 م/ث2)، في سانت بطرسبرغ ( ز= 9.819 م/ث2).
3 * . كيف تؤثر التغيرات في درجات الحرارة على حركة ساعة البندول؟
4. كيف يتغير تردد ساعة البندول عند الصعود؟
5 * . فتاة تتأرجح على الأرجوحة. هل تتغير فترة تذبذب الأرجوحة إذا جلست عليها فتاتان؟ ماذا لو كانت الفتاة تتأرجح لا جالسة بل واقفة؟
العمل المعملي رقم 3*
قياس تسارع الجاذبية
باستخدام البندول الرياضي
الغرض من العمل:
تعلم كيفية قياس تسارع الجاذبية باستخدام صيغة فترة تذبذب البندول الرياضي.
الأجهزة والمواد:
حامل ثلاثي القوائم، أو كرة متصلة بها خيط، أو شريط قياس، أو ساعة توقيت (أو ساعة بيد ثانية).
أمر العمل
1. قم بتعليق الكرة من حامل ثلاثي الأرجل على خيط بطول 30 سم.
2. قياس زمن 10 اهتزازات كاملة للبندول وحساب فترة اهتزازه. أدخل نتائج القياسات والحسابات في الجدول 13.
3. استخدام صيغة فترة تذبذب البندول الرياضي ت= 2p، احسب تسارع الجاذبية باستخدام الصيغة: ز = .
4. كرر القياسات مع تغيير طول خيط البندول.
5. احسب الخطأ النسبي والمطلق في تغيير تسارع السقوط الحر لكل حالة باستخدام الصيغ:
د ز==+ ; د ز = زد ز.
لنفترض أن الخطأ في قياس الطول يساوي نصف قيمة قسمة شريط القياس، والخطأ في قياس الزمن يساوي نصف قيمة قسمة ساعة الإيقاف.
6. أكتب قيمة تسارع الجاذبية الأرضية في الجدول 13 مع مراعاة خطأ القياس.
الجدول 13
|
تجربة لا. |
لد د ل، م |
ن |
رد د ر، مع |
تد د ت، مع |
ز، م/ث2 |
د ز، م/ث2 |
زد د ز، م/ث2 |
المهمة 25
1. هل سيتغير الخطأ في قياس فترة اهتزاز البندول، وإذا كان الأمر كذلك فكيف إذا زاد عدد الذبذبات من 20 إلى 30؟
2. كيف تؤثر زيادة طول البندول على دقة قياس تسارع الجاذبية؟ لماذا؟
التذبذبات التوافقية هي تذبذبات تتم وفقًا لقوانين الجيب وجيب التمام. يوضح الشكل التالي رسمًا بيانيًا للتغيرات في إحداثيات نقطة ما مع مرور الوقت وفقًا لقانون جيب التمام.
صورة
سعة التذبذب
سعة الاهتزاز التوافقي هي القيمة الأكبر لإزاحة الجسم من موضع توازنه. يمكن أن تأخذ السعة قيمًا مختلفة. سيعتمد ذلك على مقدار إزاحة الجسم في اللحظة الأولى من الزمن من موضع التوازن.
يتم تحديد السعة من خلال الظروف الأولية، أي الطاقة المنقولة إلى الجسم في اللحظة الأولى من الزمن. نظرًا لأن الجيب وجيب التمام يمكن أن يأخذا قيمًا في النطاق من -1 إلى 1، يجب أن تحتوي المعادلة على العامل Xm، الذي يعبر عن سعة التذبذبات. معادلة الحركة للاهتزازات التوافقية:
س = Xm*cos(ω0*t).
فترة التذبذب
فترة التذبذب هي الوقت الذي يستغرقه إكمال اهتزازة واحدة كاملة. يتم تحديد فترة التذبذب بالحرف T. وحدات قياس الفترة تتوافق مع وحدات الوقت. وهذا يعني أن هذه الثواني في SI.
تردد التذبذب هو عدد التذبذبات التي يتم إجراؤها لكل وحدة زمنية. يتم تحديد تردد التذبذب بالحرف ν. يمكن التعبير عن تردد التذبذب من حيث فترة التذبذب.
ν = 1/ت.
وحدات التردد موجودة في SI 1/sec. وحدة القياس هذه تسمى هيرتز. عدد التذبذبات في زمن 2*pi ثانية سيكون مساوياً لـ:
ω0 = 2*pi* ν = 2*pi/T.
تردد التذبذب
وتسمى هذه الكمية بالتردد الدوري للتذبذبات. في بعض الأدبيات يظهر اسم التردد الدائري. التردد الطبيعي للنظام التذبذبي هو تردد التذبذبات الحرة.
يتم حساب تردد التذبذبات الطبيعية باستخدام الصيغة:
يعتمد تكرار الاهتزازات الطبيعية على خصائص المادة وكتلة الحمل. كلما زادت صلابة الزنبرك، زاد تواتر اهتزازاته. كلما زادت كتلة الحمل، انخفض تردد التذبذبات الطبيعية.
وهذان الاستنتاجان واضحان. كلما كان الزنبرك أكثر صلابة، كلما زاد التسارع الذي ينقله إلى الجسم عندما يخرج النظام عن التوازن. كلما زادت كتلة الجسم، كلما كانت سرعته أبطأ.
فترة التذبذب الحرة:
T = 2*pi/ ω0 = 2*pi*√(م/ك)
من الجدير بالذكر أنه في زوايا انحراف صغيرة فإن فترة تذبذب الجسم على الزنبرك وفترة تذبذب البندول لن تعتمد على سعة التذبذبات.
دعونا نكتب الصيغ للدورة وتكرار التذبذبات الحرة للبندول الرياضي.
ثم ستكون الفترة متساوية
T = 2*pi*√(لتر/جم).
ستكون هذه الصيغة صالحة فقط لزوايا الانحراف الصغيرة. ومن الصيغة نرى أن فترة التذبذب تزداد مع زيادة طول خيط البندول. كلما زاد الطول، كلما كان اهتزاز الجسم أبطأ.
فترة التذبذب لا تعتمد إطلاقا على كتلة الحمل. لكن ذلك يعتمد على تسارع السقوط الحر. مع انخفاض g، ستزداد فترة التذبذب. تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في الممارسة العملية. على سبيل المثال، لقياس القيمة الدقيقة للتسارع الحر.
(خط العرض. السعة- الحجم) هو أكبر انحراف للجسم المتأرجح عن موضع التوازن.
بالنسبة للبندول، هذه هي المسافة القصوى التي تتحرك بها الكرة بعيدًا عن موضع توازنها (الشكل أدناه). بالنسبة للتذبذبات ذات السعات الصغيرة، يمكن اعتبار هذه المسافة بمثابة طول القوس 01 أو 02، بالإضافة إلى أطوال هذه الأجزاء.
يتم قياس سعة التذبذبات بوحدات الطول - الأمتار، السنتيمترات، وما إلى ذلك. في الرسم البياني للتذبذبات، يتم تعريف السعة على أنها الحد الأقصى (المعياري) للإحداثيات الجيبية (انظر الشكل أدناه).
فترة التذبذب.
فترة التذبذب- هذه هي أقصر فترة زمنية يعود خلالها النظام المتذبذب مرة أخرى إلى نفس الحالة التي كان عليها في اللحظة الأولى من الزمن، والتي تم اختيارها بشكل تعسفي.
وبعبارة أخرى، فترة التذبذب ( ت) هو الوقت الذي يحدث فيه تذبذب كامل. على سبيل المثال، في الشكل أدناه، هذا هو الوقت الذي يستغرقه البندول للانتقال من أقصى نقطة إلى اليمين عبر نقطة التوازن عنإلى أقصى نقطة اليسار والعودة من خلال هذه النقطة عنمرة أخرى إلى أقصى اليمين.
وعلى مدى فترة كاملة من التذبذب، يتحرك الجسم في مسار يساوي أربعة اتساع. يتم قياس فترة التذبذب بوحدات زمنية - الثواني والدقائق وما إلى ذلك. ويمكن تحديد فترة التذبذب من خلال رسم بياني معروف للتذبذبات (انظر الشكل أدناه).
إن مفهوم "فترة التذبذب"، بالمعنى الدقيق للكلمة، يكون صالحًا فقط عندما تتكرر قيم الكمية المتذبذبة تمامًا بعد فترة زمنية معينة، أي للتذبذبات التوافقية. ومع ذلك، ينطبق هذا المفهوم أيضًا على حالات الكميات المتكررة تقريبًا، على سبيل المثال تذبذبات مثبطة.
تردد التذبذب.
تردد التذبذب- هذا هو عدد التذبذبات التي يتم إجراؤها لكل وحدة زمنية، على سبيل المثال، في 1 ثانية.
تم تسمية وحدة التردد SI هيرتز(هرتز) تكريما للفيزيائي الألماني ج.هيرتز (1857-1894). إذا كان تردد التذبذب ( ضد) يساوي 1 هرتزوهذا يعني أن كل ثانية هناك تذبذب واحد. يرتبط تكرار وفترة التذبذبات بالعلاقات:
في نظرية التذبذبات يستخدمون هذا المفهوم أيضًا دورية، أو تردد دائري ω . ويرتبط بالتردد الطبيعي ضدوفترة التذبذب تالنسب:
.
التردد الدوريهو عدد التذبذبات التي يتم إجراؤها لكل 2πثواني
المعلمة الأكثر أهمية التي تميز الاهتزازات الميكانيكية والصوتية والكهربائية والكهرومغناطيسية وجميع أنواع الاهتزازات الأخرى هي فترة- الوقت الذي يحدث فيه تذبذب كامل. على سبيل المثال، إذا أحدث بندول الساعة اهتزازتين كاملتين خلال ثانية واحدة، فإن زمن كل اهتزازة هو 0.5 ثانية. تبلغ فترة تذبذب التأرجح الكبير حوالي ثانيتين، ويمكن أن تتراوح فترة تذبذب الوتر من أعشار إلى عشرة آلاف من الثانية.
الشكل 2.4 - التذبذب
أين: φ - مرحلة التذبذب، أنا- القوة الحالية، لا- قيمة سعة القوة الحالية (السعة)
ت– فترة التقلبات الحالية (الفترة)
معلمة أخرى تميز التقلبات هي تكرار(من كلمة "في كثير من الأحيان") - رقم يوضح عدد التذبذبات الكاملة في الثانية التي يحدثها بندول الساعة، وجسم السبر، والتيار في الموصل، وما إلى ذلك. يتم تقدير تردد التذبذبات بوحدة تسمى الهرتز (يُشار إليها اختصارًا بالهرتز): 1 هرتز هو ذبذبة واحدة في الثانية. على سبيل المثال، إذا أصدر وتر صوتي 440 اهتزازًا كاملاً في ثانية واحدة (في نفس الوقت يصدر النغمة "A" للأوكتاف الثالث)، يقال إن تردد اهتزازه هو 440 هرتز. تردد التيار المتردد لشبكة الإضاءة الكهربائية 50 هرتز. ومع هذا التيار، تتدفق الإلكترونات الموجودة في أسلاك الشبكة بالتناوب 50 مرة في اتجاه واحد ونفس عدد المرات في الاتجاه المعاكس خلال الثانية، أي. أداء 50 ذبذبة كاملة في 1 ثانية.
وحدات التردد الأكبر هي كيلو هرتز (كيلو هرتز مكتوب)، وتساوي 1000 هرتز، وميجا هرتز (مكتوبة ميجا هرتز)، وتساوي 1000 كيلو هرتز أو 1،000،000 هرتز.
السعة- القيمة القصوى للإزاحة أو التغير في المتغير أثناء الحركة التذبذبية أو الموجية. كمية عددية غير سالبة، تقاس بالوحدات حسب نوع الموجة أو الاهتزاز.
الشكل 2.5 - التذبذب الجيبي.
أين، ذ- سعة الموجة، λ - الطول الموجي.
على سبيل المثال:
سعة الاهتزاز الميكانيكي للجسم (الاهتزاز)، للموجات على وتر أو زنبرك، هي المسافة ويتم كتابتها بوحدات الطول؛
تشير سعة الموجات الصوتية والإشارات الصوتية عادةً إلى سعة ضغط الهواء في الموجة، ولكنها توصف أحيانًا بأنها سعة الإزاحة بالنسبة إلى التوازن (الهواء أو الحجاب الحاجز للمتكلم). عادة ما يتم قياس اللوغاريتم بالديسيبل (ديسيبل)؛
بالنسبة للإشعاع الكهرومغناطيسي، فإن السعة تتوافق مع حجم المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
يسمى شكل تغيير السعة موجة المغلف.
اهتزازات صوتية
كيف تظهر الموجات الصوتية في الهواء؟ يتكون الهواء من جزيئات غير مرئية للعين. عندما تهب الرياح، يمكن نقلها لمسافات طويلة. لكن يمكنهم أيضًا أن يترددوا. على سبيل المثال، إذا قمنا بحركة حادة بالعصا في الهواء، فسنشعر بهبوب رياح خفيفة وفي نفس الوقت نسمع صوتًا خافتًا. صوتوهذا نتيجة اهتزازات جزيئات الهواء التي تثيرها اهتزازات العصا.
دعونا نفعل هذه التجربة. دعونا نسحب خيط الجيتار، على سبيل المثال، ثم نتركه. سيبدأ الخيط في الارتعاش - ويتأرجح حول موضع الراحة الأصلي. يمكن ملاحظة الاهتزازات القوية جدًا للخيط بالعين. لا يمكن الشعور بالاهتزازات الضعيفة للخيط إلا على شكل دغدغة طفيفة إذا لمستها بإصبعك. وبينما يهتز الوتر، نسمع الصوت. وبمجرد أن يهدأ الوتر، سيتلاشى الصوت. ولادة الصوت هنا هي نتيجة تكثيف وخلخلة جزيئات الهواء. يتأرجح الوتر من جانب إلى آخر، ويضغط، كما لو كان يضغط، على جزيئات الهواء الموجودة أمامه، فتشكل مناطق ذات ضغط مرتفع في حجم معين منه، وعلى العكس من ذلك، مناطق ذات ضغط منخفض خلفه. هذا كل شيء موجات صوتية. ينتشر في الهواء بسرعة حوالي 340 م/ثفهي تحمل كمية معينة من الطاقة. وفي اللحظة التي تصل فيها منطقة الضغط المتزايد للموجة الصوتية إلى الأذن، فإنها تضغط على طبلة الأذن، مما يؤدي إلى ثنيها قليلاً إلى الداخل. عندما تصل المنطقة المتخلخلة من الموجة الصوتية إلى الأذن، تنحني طبلة الأذن قليلاً إلى الخارج. تهتز طبلة الأذن باستمرار مع تناوب مناطق الضغط الجوي المرتفع والمنخفض. وتنتقل هذه الاهتزازات عبر العصب السمعي إلى الدماغ، فندركها على أنها صوت. كلما زادت سعة الموجات الصوتية، زادت الطاقة التي تحملها، وأصبح الصوت الذي ندركه أعلى.
يتم تمثيل الموجات الصوتية، مثل الماء أو الاهتزازات الكهربائية، بخط متموج - موجة جيبية. وتتوافق حدباتها مع مناطق الضغط المرتفع، ومنخفضاتها تتوافق مع مناطق الضغط الجوي المنخفض. تشكل منطقة الضغط المرتفع ومنطقة الضغط المنخفض اللاحقة موجة صوتية.
من خلال تردد اهتزاز جسم السبر، يمكن للمرء الحكم على نغمة الصوت أو درجة الصوت. كلما زاد التردد، زادت نغمة الصوت، والعكس، كلما انخفض التردد، انخفضت نغمة الصوت. أذننا قادرة على الاستجابة لنطاق ترددي صغير نسبيًا (قسم) اهتزازات صوتية - حوالي 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز. ومع ذلك، فإن نطاق التردد هذا يستوعب نطاقًا واسعًا من الأصوات التي يصدرها الصوت البشري والأوركسترا السيمفونية: بدءًا من النغمات المنخفضة جدًا، المشابهة لصوت طنين الخنفساء، وحتى صرير البعوض عالي النبرة الذي لا يمكن إدراكه. تردد التذبذب يصل إلى 20 هرتز، ويسمى بالموجات فوق الصوتية، و فوق 20 كيلو هرتز، ويسمى بالموجات فوق الصوتية، لا نسمع. وإذا تبين أن طبلة أذننا قادرة على الاستجابة للاهتزازات فوق الصوتية، فيمكننا بعد ذلك سماع صرير الخفافيش، صوت الدلفين. تنبعث الدلافين وتسمع اهتزازات فوق صوتية بترددات تصل إلى 180 كيلو هرتز.
ولكن لا ينبغي للمرء أن يخلط بين الارتفاع، أي. نبرة الصوت مع قوتها. لا تعتمد درجة الصوت على سعته، بل على تردد الاهتزازات. على سبيل المثال، يصدر وتر سميك وطويل من آلة موسيقية نغمة صوت منخفضة، أي. يهتز بشكل أبطأ من الوتر الرفيع والقصير، مما يؤدي إلى إصدار صوت عالي الطبقة (الشكل 1).
الشكل 2.6 - الموجات الصوتية
كلما زاد تردد اهتزاز الوتر، كلما كانت الموجات الصوتية أقصر وارتفعت درجة الصوت.
في الهندسة الكهربائية والراديو، يتم استخدام التيارات المتناوبة بترددات تتراوح من عدة هرتز إلى آلاف جيجاهيرتز. على سبيل المثال، يتم تغذية هوائيات البث الإذاعي بواسطة تيارات ذات ترددات تتراوح من 150 كيلو هرتز إلى 100 ميجا هرتز تقريبًا.
هذه الاهتزازات سريعة التغير، والتي تسمى اهتزازات التردد الراديوي، هي الوسيلة التي يتم من خلالها نقل الأصوات لاسلكيًا عبر مسافات طويلة.
عادةً ما يتم تقسيم النطاق الضخم للتيارات المتناوبة إلى عدة أقسام - نطاقات فرعية.
تسمى التيارات ذات التردد من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز، والتي تتوافق مع الاهتزازات التي نتصورها كأصوات ذات نغمات مختلفة. التيارات(أو التقلبات) تردد الصوتوالتيارات بتردد أعلى من 20 كيلو هرتز - تيارات التردد بالموجات فوق الصوتية.
تسمى التيارات ذات التردد من 100 كيلو هرتز إلى 30 ميجا هرتز تيارات عالية التردد,
تيارات بترددات أعلى من 30 ميجاهرتز - التيارات فائقة التردد وعالية للغاية.