Жүсіпова Айгерім МОК191. Таырыбы Еріксіз тербелістер, Резонанс Дайындаан мок191 тобыны студенті Жсіпова Айгерім абылдаан
 Скачать 143.19 Kb.
|
|
Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым Министрлігі Абай атындағы Қазақ Ұлттық педагогикалық университеті СӨЖ Тақырыбы: Еріксіз тербелістер, Резонанс Дайындаған: МОК191 тобының студенті Жүсіпова Айгерім Қабылдаған: аға оқытушы Ақжолова А.А Алматы, 2022 Жоспар: Кіріспе Еріксіз тербеліс Резонанс дегеніміз не Резонанс түрлері Резонанстық құбылыстардың оң және теріс жақтары Өмірдегі резонансты құбылыстардың мысалдары Еріксіз тербелістер, Резонанс Кіріспе Біз қозғалысын қарастырып отырған денелер тобын механикада денелер жүйесі немесе жай ғана жүйе деп атайды. Жүйеге енетін денелер арасындағы әрекет ететін күштерді ішкі күштер, ал жүйеге енбейтін денелер тарапынан жүйе денелеріне әрекет ететін күштерді сыртқы күштер дейді. Тербелістердің ең карапайым түрі — жүйе тепе-теңдік күйінен ауытқығаннан кейін ішкі күштердің әрекетінен пайда болатын тербелістер. Ондай тербелістер еркін тербелістерге жатады. Еркін тербелістер деп дене тепе-теңдік күйінен шығарылғаннан соң сыртқы күштің әрекетінсіз болатын тербелістерді айтады. Серіппеге бекітілген жүктің не жіпке ілінген жүктің тербелістері еркін тербелістерге мысал бола алады. Алдыңғы тақырыпта алынған тербеліс периодының формулалары осы еркін тербелістерге қатысты. Еркін тербелістердің жиілігін жүйенің меншікті тербеліс жиілігі немесе меншікті жиілік деп те атайды. Тербелістің меншікті жиілігі тербелмелі жүйенің қасиеттеріне, яғни серіппелі маятникте дененің массасы мен серіппенің қатаңдығына, ал математикалық маятникте оның ұзындығына байланысты анықталады. Еріксіз тербеліс Еркін тербелістер әйтеуір бір тоқтайды. Тербелісті өшпейтін ету үшін үйкелісті жеңуге кететін энергияны толықтырып отыру қажет. Тербелмелі жүйенің энергиясын оған сыртқы периодты түрде өзгеріп отыратын күшпен әрекет ету арқылы толықтыруға болады. Жүйенің энергиясы осы сыртқы күш жұмысының есебінен толығады. Бұл жағдайда тербелістер енді еркін емес, еріксіз болады; осы тербелістерді тудырушы периодты түрде өзгеріп отыратын күш мәжбүр етуші күш деп аталады. Сонымен еріксіз тербелістер дегеніміз — сыртқы периодты күштің әрекетінен болатын тербелістер. Периодты түрде қайталанып отыратын күштер тіпті өздері тербелмелі жүйеге жатпайтын денелердің де периодты қозғалысын тудырады. Мысал үшін есіктің периодты түрде ашылып-жабылуын немесе тігін машинасы инесінің қозғалысын еске түсірейік. Бұл кезде периодты өзгеріп отыратын күш әрекетінен болатын қозғалыстың (тербелістің) периоды сол күштің периодына тең болатынын байқау қиын емес. Ал енді периодты күштің тербелмелі жүйеге әрекет ететін жағдайын қарастырайық. Тербелмелі жүйенің езінің де меншікті тербеліс периоды болады емес пе, ал күш басқа бір периодпен өзгеруі мүмкін. Тәжірибеге жүгінейік. Тербелмелі жүйе ретінде серіппеге бекітілген жүкті алып, осы серіппелі маятникті гармоникалық тербелістер алуға арналған механизмнің жібіне ілеміз. Тұтқаны бірқалыпты айналдыра бастасақ, жүктің қозғалысы алғашқыда күрделі болады. Бірақ бірнеше айналымнан кейін біз жүктің қозғалысы дұрыс периодты тербелістерге айналғанын көреміз. Бұл кезде біз тұтқаны қандай жылдамдықпен айналдырсақ та, жүктің орныққан тербелісі тұтқаның айналу периодына тең периодпен жүзеге асады. Бұдан мынадай қорытынды жасауға болады. Периодты түрде өзгеретін күш әрекет ететін тербелмелі жүйеде периодты қозғалыс орнытады. Мұндай қозғалысты еріксіз тербелістер деп атайды. Еріксіз тербелістердің периоды мәжбүр етуші күштің периодына тең. Жоғарыда еркін тербелістер энергияның шығын болуына байланысты біртіндеп өшетінін кердік. Ал еріксіз тербелістер болса, үйкелістің болғанына қарамастан, мәжбүр етуші күштің әрекеті бар болған кезде периодты болып табылады. Бұл еріксіз тербелістер кезінде үйкеліске шығын болған энергия жүйеге әрекет етуші периодты күш жұмысының есебінен үнемі толығып тыратындығымен түсіндіріледі. Ал еркін тербелістер кезінде жүйеге тек қозғалыстың алғашкы сәтінде ғана энергия қоры беріледі де, қозғалыс осы энергия қоры түгел таусылғанша ғана жалғасады. Орныққан еріксіз тербелістердің жиілігі қашанда сыртқы күштің жиілігіне тең. Енді осы еріксіз тербелістер амплитудасының жиілікке қалай тәуелді екенін айқындайық. Керілген жіпке екі маятник ілеміз. Мұндағы А маятнигінің ұзындығы езгермейді. Ал В маятнигінің ұзындығын жіптің бос ұшын әрлі-берлі қозғай отырып өзгертуге болады. Егер маятникті тербеліске келтірсек, онда ол керілген жіп арқылы A маятникке қайсыбір периодты күшпен әрекет етеді. Соның салдарынан енді А маятник те еріксіз тербеле бастайды. В маятниктің ұзындығын азайта отырып, оның тербеліс жиілігін өзгертуге болады. Сөйтіп, А маятникке әрекет ететін мәжбүр етуші күштің жиілігін өзгертеміз. Сонда осы мәжбүр етуші күштің жиілігі А маятник тербелісінің меншікті жиілігіне жақындағанда (маятниктердің ұзындықтары теңелгенде), А маятниктің тербеліс амплитудасы кенет артып кететінін байқауға болады. Міне, осы мәжбүр етуші күштің тербеліс жиілігі мен тербелмелі жүйенің меншікті жиілігі дәл келген кездегі еріксіз тербелістер амплитудасының кенет арту құбылысы резонанс деп аталады. Физикадағы ең маңызды құбылыстардың бірін белгілеу үшін пайда болған «резонанс» ұғымы күнделікті қолдануда берік орнықты. Көптеген адамдар «қоғамдық резонанс» немесе «резонанс сызығы» сияқты қарапайым тіркестермен таныс, бірақ бұл терминнің бастапқы мағынасы қандай екенін көп адамдар біле бермейді. Резонанс құбылысын алғаш рет 1602 жылы Галилео Галилей маятниктер мен музыкалық ішектерді зерттеуге арналған еңбектерінде сипаттаған. Бұл салада итальяндық физик феноменді одан әрі зерттеуге негіз болған көптеген жаңалықтар ашты. Резонанс дегеніміз не Физикадағы резонанс – тербелмелі жүйенің сыртқы әсер ету жиілігімен жүйенің тербеліс жиіліктерінің синхрондалуында көрінетін, тербеліс амплитудасының күрт өсуіне әкелетін мерзімді сыртқы әсерлерге жиілік-селективті реакциясы. жүйесі. Басқаша айтқанда, резонанс - бұл қандай да бір сыртқы ынталандыруға жауап. Тыныштықтағы немесе белгілі бір жиіліктегі амплитудалық қозғалыстарды жасайтын денеге өзінің амплитудасы мен жиілігі бар сыртқы ынталандыру әсер етеді деп елестетіңіз. Егер бұл сыртқы күш денені жай ғана теңгерімсіздікке ұшыратып, содан кейін әрекет етуді тоқтатса, онда ол біраз уақыт бойы тепе-теңдік күйінің айналасында тербеле бастайды. Бұл тербелістердің жиілігі дененің табиғи тербеліс жиілігі болып табылады. Денені тепе-теңдіктен шығаратын сыртқы тітіркендіргіштің қозғалысы оның жиілігімен сәйкес келсе, онда дененің амплитудасы артады. Құбылысты түсінуді жеңілдету үшін әдетте бұрылыс механизмі мысал ретінде келтіріледі. Егер тербелгеннен кейін, әткеншекте отырып, сіз процеске араласпасаңыз, онда бірнеше минуттан кейін олар тоқтайды. Бірақ егер «ұшу» кезінде сіз оларды денеңізбен қозғалыс бағытына қарай итерсеңіз, амплитудасы артады, ал тербеліс мәжбүрлі тербелістер жасай береді. Тербелістер – белгілі бір аралықта қайталанатын жүйе күйлерінің өзгеру процесі. Әткеншекке қатысты сіздің қозғалыстарыңыз оларды жоғары көтерілуге мәжбүр ететін сыртқы күш болып табылады. Оның үстіне соққының күші соншалықты маңызды емес. Тіпті сыртқы күштің аз ғана қозғалысы жүйенің жиілігімен сәйкес келген кезде оның амплитудасын арттыруы мүмкін. Сонымен, кішкентай бала әткеншектің қозғалысына бейімделе отырып, ересек адамды тербетеді.  Кез келген серпімді физикалық денелер - қатты, сұйық, газ тәрізді - резонанс тудыруы мүмкін. Резонанстың негізгі шарты – дененің өзінің резонанстық жиілігі болуы. Резонанс түрлері Физикада механикалық және дыбыстық резонанс бөлінеді. Механикалық резонанс – кез келген механикалық жүйенің табиғи тербеліс жиілігінің электродинамикалық күштің өзгеру жиілігімен абсолютті немесе толық емес сәйкес келуі. Жүйе мен сыртқы күштің тербеліс жиіліктері толығымен сәйкес келсе, сәйкестік толық емес болса, жартылай немесе жартылай сәйкес келсе, механикалық резонанс толық болады. Ол потенциалдық энергияның кинетикалық энергияға және керісінше ауысуына негізделген. Ең танымал резонанстық жүйе - тербеліс, оның жиілігін формула бойынша есептеуге болады:  ,Мұндағы g – гравитациялық үдеу константасы, 9,8м/с2 тең, ал L – маятниктің ілу нүктесінен оның масса центріне дейінгі ұзындық. Механикалық резонанстық жиіліктердің әртүрлі құрылымдардың құрылысында үлкен маңызы бар. Объектінің құрамдас бөліктерінің дірілінің сыртқы күштермен сәйкес келуі резонанстық апатқа әкелуі мүмкін, сондықтан көпірлерді, ғимараттарды, ұшақтарды және басқа құрылыстарды жобалау кезінде инженерлер әрқашан күтілетін қозғалыстың тербеліс жиіліктерін ескереді. Дыбыс резонансы - дыбыс толқындары тудыратын резонанс. Бұл дауыс зорайтқыштар дыбыс толқындарын күшейтетін құбылыс. Бұл толқындардың жиілігі жүйенің резонанстық жиілігімен сәйкес келеді. Резонацияның акустикалық түрі негізгі резонанстық жиілікке ие, ол ішектің ұзындығына, массасына және керілуіне байланысты. Дыбыс резонансын түсінудің ең қарапайым мысалы - екі тюнинг шанышқыларының өзара әрекеттесуін бақылау: Табиғи жиіліктері сәйкес келетін екі тюнинг шанышқыны дайындаңыз және саңылауларын бір-біріне қаратып қатар қойыңыз. Тюнинг шанышқыларының бірін резеңке балғамен соғу оның дірілдеуіне әкеледі. Егер сіз оны өшірсеңіз, көрші тюнинг шанышқысы біріншінің діріліне жауап беретін дыбыс шығарады. Бұл құбылыс бірінші камертон арқылы пайда болған толқындардың ондағы екінші, қызықты мәжбүрлі тербелістерге жетуінің салдары болып табылады. Нәтижесінде тюнинг шанышқыларының бірдей жиілігі резонансқа әкеледі. Акустикалық резонанс музыканттар аспаптарды жасау кезінде ескеретін маңызды фактор болып табылады. Дыбыс толқыны объектіге аспаптың резонанстық бөлігіне сәйкес жиілікте түседі, нәтижесінде резонанс пайда болады. Ішекті аспаптарда дыбыс тақталары ішектер шығаратын дыбыстарды күшейте отырып, резонатор рөлін атқарады. Дыбыс пен тембр тек резонатордың пішініне ғана емес, сонымен қатар ағаштың сапасы мен түріне, тіпті дайын аспаппен қапталған лактың құрамына да байланысты. Адам дауысының дыбысы дыбыс аппаратындағы резонаторлардың арқасында да көрінеді. Дыбыс шығаратын дене – тыныс алу жолдарының қабырғаларымен шектелген ауа. Дыбыс қатты қабырғалары бар қуыстардан көрінеді, бірнеше рет күшейеді. Бұл қуыстар резонаторлар деп аталады. Резонанстық құбылыстардың оң және теріс жақтары Резонанс – ең маңызды физикалық құбылыстардың бірі, онсыз адам әлемін елестету мүмкін емес. Дегенмен, оның оң және теріс салдары бар. Артықшылықтары: музыкалық аспаптарда гитара, скрипка, виолончель, т.б. сияқты аспаптарға ерекше және ерекше дыбыс береді; радиотолқындарды пайдаланатын құрылғыларда қолданылады, мысалы, радио, теледидар, телефон; барлық маятник механизмдерінде, соның ішінде тербелістерде қолданылады; тау жыныстарын ұсақтау үшін резонансты бұзу әдісі қолданылады - ұсақталған материал қозғалғанда, инерциялық күштер кернеу тудырады, материалды тербеліске мәжбүрлейді; медицинада қолданылады (ағзаның магниттік-резонанстық зерттеуі); резонанстық әдіс діріл және топырақ орталарының геомеханикалық бақылау жүйелерінің элементтерінде қолданылады. Минустары: жер сілкінісі кезінде немесе сейсмикалық толқындардың әсерінен құрылыстардың қайтымсыз бұзылуы; жер сілкінісі нәтижесінде пайда болатын резонанстық толқындардан туындайтын жойқын цунамилер; сыртқы тітіркендіргіш жай ғана күшті жел болатын көпірлердің құлауына әкелуі мүмкін; авиациялық қозғалтқыштар ұшақ бөлшектерінің резонанстық тербелістерін тудыруы мүмкін, бұл ақаулар мен апаттарға әкеледі; адам ағзасына зиянды әсерлер, мысалы, құлаққаптарда өте қатты музыка тыңдау кезінде; сымдардың үзілуіне себеп болуы мүмкін. Резонанстың зиянды әсерін бейтараптандыру немесе болдырмау үшін арнайы блоктау шаралары қолданылады. Мысалы, табиғи тербелістер жиілігінің профилактикалық өзгеруі. Өмірдегі резонансты құбылыстардың мысалдары Күнделікті өмірде біз физика ережелерін қолданамыз деп ойламай-ақ резонанс құбылысын жиі интуитивті түрде қолданамыз. Мысалы, шұңқырға кептеліп қалған автокөлік бірте-бірте өз бетінше қозғалу сәтінде шайқалып, итеріледі. Осылайша, оның инерциясы артады, демек, тербеліс амплитудасы артады. Музыкалық резонанстың көрінісін музыкалық аспаппен әрекеттесу кезінде оңай анықтауға болады. Мысалы, ашық фортепианоның ішектері арқылы кез келген нотаны шырқағанда, аспаптың әнге жауап беретінін естисіз. Теріс резонанстың мысалы ретінде адамдардың аяқ астындағы көпірді бұзатын тербеліс амплитудасының күрт өсуін айтуға болады. Осыған ұқсас апатты көпірдің қирауы шамамен бір ғасыр бұрын Санкт-Петербургте болған, ол солдаттардың аяғының астында құлай бастаған. Сондықтан көпірден өткенде солдаттар етіктерінің жиілігі көпірдің тербеліс жиілігімен сәйкес келмеуі үшін жіңішке адыммен жүруді тоқтатады.  Көпірге теріс әсер етудің тағы бір танымал мысалы 1940 жылы Америкада болды. Ұзындығы екі шақырымға созылған Такома аспалы көпірі желмен теңселіп, бұралып, төрт ай жұмыс істегеннен кейін ол тағы да дауылға ұшырады. Резонанс құбылысын алғаш рет 1602 жылы Галилео Галилей маятниктер мен музыкалық ішектерді зерттеуге арналған еңбектерінде сипаттаған. Бұл салада итальяндық физик феноменді одан әрі зерттеуге негіз болған көптеген жаңалықтар ашты. Резонанс құбылысымен қай-қайсымыз да жиі ұшырасамыз. Бірақ көбінесе оған мән бермейміз. Мысалы, үйдің тұсынан трамвай, трактор, пойыз, жүк машинасы, т.б. өте шыққан кезде, терезенің әйнегі дірілдеп, шыныаяқтар сылдырлайды. Өйткені сыртқы тербелістер жиілігі үйдегі денелердің меншікті жиілігімен сәйкес келеді де, соның салдарынан резонанс құбылысы пайда болады. Резонанс пайдалы да, зиянды да болуы мүмкін. Пайдалы болған кезде оны арттыруға тырысады. Мысалы, жол құрылысында, үйдің іргетасын құйғанда, құйматасты (бетонды) немесе сусыма нәрселерді тығыздау үшін арнайы вибратор-тығыздағыштар пайдаланылады. Ал зиянды болғанда, резонансты болдырмау үшін әртүрлі шаралар қолданылады. Мысалы, электрқозғалтқыштар, бу және газ турбиналарының табаны іргетасқа бекітілген болса, олардың тербелісі біртұтас еден арқылы машина орналасқан үйге беріледі. Соның салдарынан іргетастың еріксіз тербелістерінің амплитудасы үлкен мәнге жетіп, нәтижесінде үйдің құлауы да мүмкін. Мұндай жағдайларда тербелістердің меншікті жиілігі сыртқы күштің жиілігімен дәл келмейтіндей ету керек. Пайдаланылған әдебиеттер: Физика және астрономия: Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық. Өңд., толықт. 2-бас. / Р. Башарұлы, Д. Қазақбаева, У. Токбергенова, Н. Бекбасар. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2009. — 240 бет, суретті. https://blog.fenix.help/zalipatelnaya-nauka/yavleniye-rezonansa-v-fizike https://www.wiki.kk-kz.nina.az/Еркін_жіне_еріксіз_тербелістер._Резонанс.html |