Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 32. Учение о колебаниях
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 32. Учение о колебаниях. Мы начали изучение колебаний
с м е х а н и ч е с к и х колебаний. Мы убедились далее, что в основе з в у к о в ы х явлений, т. е. явлений, воспринимаемых ухом, тоже лежат механические колебания, отличающиеся от колебаний маятника лишь более высокими частотами. Затем мы рассмотрели э л е к т р и ч е с к и е колебания. На протяжении всего изложения мы старались подчеркнуть глубокое сходство между закономерностями всех этих явлений. Почему такие, казалось бы, разнородные явления были объ- единены в нашем изложении? Все эти главы были посвящены у ч е н и ю о к о л е б а н и- я х, которое объединяет явления не по признаку одинаковой физической их природы, а по о б щ и м з а к о н а м, которым подчиняются эти явления. Например, законы, которым подчиня- ются свободные и вынужденные колебания, резонансные явле- ния, автоколебания, — одни и те же, идет ли речь о механике или об электричестве. Существование таких одинаковых законов, управляющих са- мыми, казалось бы, разнородными явлениями, взятыми из совер- шенно различных областей физики, играет чрезвычайно боль- шую роль в изучении природы. Оно открывает возможность путем изучения явлений в одной области физики, например в механике, лучше понять явления из совсем другой области, скажем, из оптики. В одних случаях это облегчает исследование, в других — наталкивает на открытие новых явлений. Учение о колебаниях широко пользуется всеми преимуществами, кото- рые дает такой м е т о д исследования, там, где он оказывается приложимым. Приведем один пример. Многие замечали, что обыкновенные качели можно раскачать без всякого толчка и з в н е. Для этого нужно, чтобы стоящие на доске Гл. III. Электрические колебания 83 поочередно приседали и поднимались (рис. 59). Каждый партнер при- седает один раз за период колебаний качелей, а так как они делают это по очереди, то получается, что центр тяжести маятника — качелей — дважды за период опускается и поднимается. Этот способ возбуж- дения колебаний принципиально отличается от рассмотренных ранее: колебательная система (в данном случае качели) раскачивается со своей собственной частотой в результате того, что с удвоенной частотой меняется величина, от которой зависит период системы (в данном случае расстояние от точки подвеса до центра тяжести). Колебания возникают и поддерживаются за счет работы, которая за- трачивается на изменение периода системы. Рис. 59. Раскачивание качелей Рис. 60. Опыт с парамет- рической раскачкой мате- матического маятника Описанный способ возбуждения колебаний нетрудно осуществить и на обычном маятнике — шарике, подвешенном на нити. Нить надо пропустить через неподвижное проволочное колечко и, взявшись за ее конец рукой, периодически подтягивать и отпускать грузик, т. е. периодически укорачивать и удлинять маятник (рис. 60). Если измене- ние длины маятника выполнять так, чтобы укорачивание происходило, когда маятник проходит через вертикальное положение (или около него), т. е. д в а р а з а з а п е р и о д, а удлинение — также дважды за период в положениях максимального отклонения (или около них), то маятник начнет раскачиваться, т. е. амплитуда колебаний будет возрастать. Это значит, что возрастает и э н е р г и я колеблющегося маятника. Откуда черпает маятник эту энергию?
|