Οι ταλαντώσεις είναι ένας από τους κοινούς τύπουςμηχανική κίνηση. Το πιο προφανές παράδειγμα είναι οι δονήσεις που κάνει ένα φυσικό εκκρεμές. Είναι ένα βαρύ σώμα συνδεδεμένο με ένα νήμα σε ένα σημείο. Μετακινώντας το εκκρεμές μακριά από τη θέση ισορροπίας και αφήνοντάς το να το αφήσουμε, το αφήνουμε να πέσει, αλλά η πτώση δεν συμβαίνει ελεύθερα, αλλά κατά μήκος μιας τροχιάς ίσης με το μήκος του νήματος.
Εδώ μπορείτε να παρατηρήσετε τη διαδικασία του μετασχηματισμούδυνητική ενέργεια σε κινητική ενέργεια και αντίστροφα. Εκτρέποντας το φυσικό εκκρεμές, του δίνουμε πιθανή ενέργεια. Στη συνέχεια, όταν απελευθερωθεί, αρχίζει να κινείται και όταν επιστρέφει στο σημείο ισορροπίας, η ταχύτητά του θα είναι η μέγιστη. Κατά τη διαδικασία της καθοδικής κίνησης, ένα μέρος της δυνητικής ενέργειας μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια. Περαιτέρω, κινώντας με αδράνεια, το σώμα ανεβαίνει ψηλότερα και ψηλότερα έως ότου σταματήσει η κίνηση. Εδώ η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε δυνητική ενέργεια.
Στη συνέχεια, το εκκρεμές αρχίζει να κινείται αντίστροφαπλευρά, και όλα επαναλαμβάνονται. Έτσι, βλέπουμε ότι το φυσικό εκκρεμές ταλαντεύεται λόγω των μεταβάσεων της πιθανής ενέργειας σε κινητική ενέργεια και στη συνέχεια πάλι πίσω. Ο χρόνος που απαιτείται για ολόκληρη την ταλάντευση, δηλαδή ότι, κατά τη διάρκεια του οποίου το σώμα, έχοντας αφήσει οποιοδήποτε σημείο της τροχιάς της κίνησής του, θα επιστρέψει εκεί ξανά, ονομάζεται περίοδος ταλαντώσεων. Η μεγαλύτερη απόκλιση από το σημείο ισορροπίας του εκκρεμούς ονομάζεται πλάτος ταλάντωσης.
Μελετώντας τις ταλαντώσεις, οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι η περίοδος του φυσικού εκκρεμούς με την οποία ταλαντεύεται σε καμία περίπτωση δεν συνδέεται με τη μάζα του εκκρεμούς και καθορίζεται μόνο από το μήκος του νήματος και την τιμή της επιτάχυνσης ελεύθερη πτώση. Η ταλάντωση είναι επίσης δυνατή όταν το βάρος συνδέεται με ένα ελατήριο. Σε αυτήν την περίπτωση, η πιθανή ενέργεια του συμπιεσμένου ελατηρίου μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια της κίνησης του φορτίου και αντιστρόφως.
Ταλαντώσεις από φυσικό εκκρεμέςή ένα φορτίο σε ένα ελατήριο, εάν δεν υπάρχει επίδραση πρόσθετων δυνάμεων, ονομάζεται ελεύθερο ή κατάλληλο. Εάν προκύψει εξωτερική επιρροή, τότε οι δονήσεις αυτές ονομάζονται αναγκαστικές. Όταν εκτίθεται σε μια εξωτερική πρόσθετη περιοδική δύναμη για μεγάλο χρονικό διάστημα, το εκκρεμές αρχίζει να ταλαντεύεται με τη συχνότητα της δράσης αυτής της δύναμης. Με τέτοιο αντίκτυπο, μπορεί να συμβεί ένα φαινόμενο όπως ο συντονισμός.
Η εργασία με εκκρεμές είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσα και μπορείβοήθεια στην επίλυση πολλών προβλημάτων. Αρκεί να θυμηθούμε το εκκρεμές Foucault, χάρη στο οποίο ήταν δυνατό να αποδείξουμε ότι η Γη περιστρέφεται. Σε αυτό το πείραμα, παρατηρήθηκε η κίνηση του εκκρεμούς. Για αυτό, ένα φορτίο χρησιμοποιήθηκε ανασταλμένο σε σύρμα μήκους 67 μέτρων. Σχετικά με το σχεδιασμό, μόνο η δύναμη βαρύτητας της Γης και η δύναμη έλξης του σύρματος δρούσαν στο εκκρεμές. Ως αποτέλεσμα, οι ταλαντώσεις έπρεπε να συμβούν μόνο στο κατακόρυφο επίπεδο.
Υπήρχε άμμος στο πάτωμα και ένα εκκρεμές με αιχμηρότο τέλος κατά την κίνηση άφησε το σημάδι του πάνω του Αποδείχθηκε ότι η κίνηση πραγματοποιείται όχι μόνο στο κατακόρυφο επίπεδο, αλλά υπάρχει και ένα οριζόντιο στοιχείο. Με κάθε κίνηση του εκκρεμούς, η απόκλιση ήταν περίπου τρία χιλιοστά από την προηγούμενη τροχιά · σε μια ώρα, το επίπεδο στο οποίο ταλαντώθηκε το εκκρεμές γύρισε έντεκα μοίρες.
Μπορείτε επίσης να θυμηθείτε τη χρήση εκκρεμούς σε ένα ρολόι,με βάση μια σταθερή περίοδο των διακυμάνσεων. Αυτή η περίοδος εξαρτάται μόνο από το μήκος του εκκρεμούς. Η ακρίβεια τέτοιων ρολογιών μπορεί να φτάσει σε σημαντικές τιμές. Το 1954, ο σοβιετικός μηχανικός Fedchenko δημιούργησε ένα εκκρεμές ρολόι με ακρίβεια 0,0003 s την ημέρα.
Αυτό είναι περίπου πώς μπορείτε να περιγράψετε τι είναι ένα φυσικό εκκρεμές, τις ιδιότητες και τις παραμέτρους του, καθώς και τις δυνατότητες χρήσης του στην επιστήμη και την τεχνολογία.
