Гарманічныя ваганні і графік вагальнага працэсу

Каб адказаць на пытанне, якія ваганні называюцца гарманічнымі, варта мець на ўвазе, што дадзеныя фізічныя з'явы - адны іх самых распаўсюджаных у прыродзе. Мабыць, цяжка пазначыць сферу, дзе б не прысутнічалі гарманічныя ваганні. Найбольш распаўсюджанымі абласцямі фізічнай тэорыі, у якіх даследуюцца вагальныя працэсы, выступаюць механіка, электратэхніка і электроніка, радыёлякацыя і гідраакустык і іншыя.

Аб'яднаныя ўсе без выключэння гэтыя вобласці тым, што прырода вагальных працэсаў, як правіла, аднолькавая, а таму і для іх апісання маецца агульная класічная тэорыя. Параметрычныя адрозненні вагальных працэсаў абумоўлены толькі асяроддзем іх працякання і знешнімі фактарамі, якія могуць уплываць на вагальныя руху. Самым простым прыкладам вагальных рухаў, з якімі мы паўсядзённа сутыкаемся ў побыце, з'яўляюцца напрыклад, ваганні ківача гадзін, ці ж электрычны ток.

Ваганні па прыродзе свайго праходжання бываюць свабодныя і гарманічныя. Свабодныя ваганні яшчэ называюць ўласнымі, гэтым падкрэсліваецца, што яны ў якасці сваёй крыніцы маюць вонкавыя абурэння асяроддзя, якія і выводзяць фізічнае цела з статычнага раўнавагі. Прыкладам можа служыць грузік, які падвешаны на ніткі, і якому мы штуршком задаем нейкі вагальны працэс.

Больш значнае месца ў фізічнай тэорыі надаецца даследаванню такой з'явы, як гарманічныя ваганні. Вывучэнне іх прыроды як раз і фармуе тую тэарэтычную аснову, на якой грунтуецца даследаванне больш вузкіх аспектаў вагальных працэсаў, а менавіта - іх праходжання ў розных асяроддзях - механіцы, электрычнасці, у хімічных ператварэннях і рэакцыях.

Каб апісаць гарманічныя ваганні ў фізіцы выкарыстоўваюцца такія асноўныя параметры, як перыяд і частата.

Зыходзячы з раней сфармуляванага намі сцвярджэнні аб тым, што маецца нейкая агульная універсальная мадэль праходжання вагальных працэсаў, можна лагічна прыйсці і да заключэння аб існаванні нейкіх універсальных велічынь, якія характарызуюць гэтыя ваганні. Такім чынам, згадвальныя параметры - перыяд і частата, уласцівыя ўсіх відах ваганняў, незалежна ад месца iх спараджэння і асяроддзя іх працякання.

Частата ўяўляе сабой колькасную велічыню, якая паказвае, колькі разоў на працягу некаторага адрэзка часу, фізічнае цела зрабіла працэс змены свайго статычнага стану і вярнулася ў яго. Так, напрыклад, можна палічыць, колькі разоў, той жа грузік здзейсніў ваганняў пасля таго, як мы яго штурхнулі да моманту яго поўнай прыпынку.

Перыяд у гэтым працэсе, будзе паказваць часовай адрэзак, за які гэты грузік адхіляцца ад першапачатковага становішча і вернецца ў зыходнае за адно ваганне.

Даследуючы гарманічныя ваганні, варта разумець, што перыяд і частата аб'ектыўным чынам звязаны агульнай формулай, якая ў канчатковым выніку вызначае і графік гарманічных ваганняў. Каб больш прадметна разабрацца, што ён сабой уяўляе, варта адзначыць, што маюцца і іншыя параметрычныя паказчыкі - амплітуда, фаза, цыклічная частата. Іх выкарыстанне дазваляе ўжыць для апісання вагальных працэсаў трыганаметрычныя функцыі. Самыя распаўсюджанай формулай для пабудовы графіка з'яўляецца наступная: s = A sin (ωt + α). Гэтая формула, званая яшчэ раўнаннем гарманічных ваганняў, дазваляе выбудаваць і графік вагальнага працэсу, які ў найпростым выглядзе ўяўляе сабой звычайную сінусоіду. У прыведзеным прыкладзе формулы, каэфіцыенты ω і α паказваюць, якія менавіта пераўтварэнні неабходна выканаць з сінусоідай, каб адлюстраваць канкрэтны вагальны працэс.

Пры больш складаных вагальных з'явах, натуральна ўскладняецца і іх графічнае апісанне. Гэта ўскладненне звязана з уздзеяннем двух асноўных фактараў:

- прыродай працэсу, гэта значыць, тым, якія менавіта ваганні даследуюцца - механічныя, электрамагнітныя, цыклічныя ці іншыя;

- асяроддзем, у рамках якой спараджаюцца і ажыццяўляюцца вагальныя з'явы - паветра, вада ці іншае.

Гэтыя фактары, істотна ўплываюць на ўсе параметры любога вагальнага працэсу.