Vysvětlení a Principy Kmitavého Napětí

Třetím základním typem pohybu je kmitavý pohyb nebo také mechanické kmitání. Pro mechanické kmitání je charakteristické, že se těleso při pohybu neustále vrací do tzv. rovnovážné polohy. Jestliže těleso tento pohyb koná pravidelně, označujeme ho jako pohyb periodický. Jako periodický děj můžeme obecně nazvat jakýkoli děj, u něhož se pravidelně opakuje změna libovolné fyzikální veličiny (např. teplota, tlak, elektrické napětí, proud).

Zařízení, které volně kmitá bez vnějšího působení se nazývá mechanický oscilátor. Příkladem mechanického oscilátoru je kulička zavěšená na niti, která představuje kyvadlo. Volně zavěšené kyvadlo je v rovnovážné poloze. Kyvadlo se po vychýlení vrací do rovnovážné polohy, kde má největší rychlost a pokračuje dál v pohybu, až dosáhne největší výchylky. Tam se zastaví a vrací se zpět. Odtud je zřejmé, že kmitavý pohyb patří mezi pohyby nerovnoměrné.

Periodický pohyb je charakterizován pravidelným opakováním určitého pohybu. Nejkratší doba, za kterou dojde k opakování stejného pohybu, je perioda T. Perioda nezávisí na rozkmitu. Počet opakování stejného pohybu za časovou jednotku je frekvence nebo-li kmitočet f. Jednotkou periody je sekunda. Jednotkou frekvence je hertz (Hz). Jeden hertz je frekvence periodického pohybu, jehož perioda trvá jednu sekundu.

Během jednoho kmitu se kulička nepohybuje rovnoměrně. Při přemísťování z krajní polohy do polohy rovnovážné koná pohyb zrychlený, při přemísťování z rovnovážné polohy do polohy krajní pohyb zpomalený. Rovnovážnou polohou prochází kulička největší rychlostí.

V každém okamžiku můžeme měřit vzdálenost kuličky od rovnovážné polohy, tzv. okamžitou výchylkou y. Největší okamžitá výchylka je amplituda výchylky ym nebo zkráceně jen amplituda. Z časového diagramu je patrné, že se okamžitá výchylka mění s časem podle funkce sinus. Kmitavý pohyb, jehož časovým diagramem je sinusoida (popř. cosinusoida) se nazývá harmonický kmitavý pohyb nebo harmonické kmitání. Je to jeden z nejjednodušších kmitavých pohybů. V přírodě i technické praxi mají kmitavé pohyby složitější průběh, nazývají se pak neharmonické.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Úhel ωt nazýváme fáze harmonického pohybu a veličinu ω úhlová frekvence. Je vidět, že rychlost je také periodickou funkcí času, ale mění se podle funkce kosinus, tj. při nejmenší výchylce je rychlost největší, naopak při největší výchylce je rychlost nejmenší (tedy nulová). Zrychlení je přímo úměrné okamžité výchylce a v každém okamžiku má opačný směr.

Vztahy pro okamžitou výchylku, rychlost a zrychlení platí jen tehdy, jestliže měříme od okamžiku, kdy kmitající bod prochází rovnovážnou polohou. Často měříme harmonický pohyb od okamžiku, kdy kmitající bod neprochází rovnovážnou polohou. kde fázi harmonického pohybu představuje výraz ωt + φ, přičemž veličinu φ nazýváme počáteční fáze harmonického pohybu.

Počáteční fáze má význam zejména při sledování dvou harmonických pohybů. Např. v autoopravnách se při testování činnosti spalovacího motoru vyšetřuje vzájemný pohyb dvou pístů, přičemž se určuje tzv. fázový rozdíl, což je rozdíl počátečních fází pohybů. Jsou-li okamžité výchylky dvou harmonických kmitání y1 = ym1sin(ωt + φ1) a y2 = ym2sin(ωt + φ2), pak fázový rozdíl jejich kmitání je Δφ = φ1 − φ2.

Pohybová rovnice mechanického oscilátoru

Podrobnější rozbor kmitání pružinového oscilátoru:

• Zavěšení prázdné pružiny délky l0
• Na pružinu zavěsíme závaží o hmotnosti m → prodloužení pružiny o Δl a ustálení závaží v rovnovážné poloze, na pružinu působí tíhová síla FG směrem k Zemi a síla pružnosti Fp směrem opačným
• Další protažení pružiny, velikost a směr FG se nemění, Fp se zvýší (protože se zvětší prodloužení pružiny o y)

Příčinou harmonického kmitání mechanického oscilátoru je síla, která je přímo úměrná výchylce oscilátoru z rovnovážné polohy a stále směřuje do rovnovážné polohy. U pružinového oscilátoru: k ... tuhost pružiny, y ... okamžitá výchylka. Na pružinový oscilátor během kmitání působí proměnlivá síla, která se mění harmonicky podle funkce sinus. Mechanický oscilátor tvořený tělesem o hmotnosti 150 g zavěšeným na pružině o tuhosti 45 N/m kmitá s amplitudou 6 cm.

Čtěte také: Více o pamětních emisích

Ne všechna kmitání začínají v počátečním okamžiku svůj kmitavý pohyb z rovnovážné polohy. U takového kmitaní je zřejmé, že oscilátor procházel rovnovážnou polohou před začátkem měření času - procházel rovnovážnou polohou o čas dříve. Můžeme tedy psát: , kde je počáteční fáze kmitavého pohybu, která určuje hodnotu okamžité výchylky (rychlosti, zrychlení) v počátečním okamžiku. V grafu lze určit čas , v němž oscilátor procházel rovnovážnou polohou, poměrně snadno. Stačí si uvědomit, že argument goniometrické funkce musí být v ten okamžik nulový, tj. musí platit: .

Souvislost kmitavého pohybu s rovnoměrným pohybem po kružnici se využívá k symbolickému znázornění veličin kmitavého pohybu (periodických dějů). Veličina je znázorněna vektorem, jehož délka je úměrná velikosti veličiny, a poloha v pravoúhlé soustavě souřadnic je určena počáteční fází veličiny. Po zavedení počáteční fáze kmitavého pohybu, lze přepsat již dříve odvozené vztahy takto: , a . Mají-li dvě harmonické veličiny stejnou úhlovou frekvenci a počáteční fáze a , můžeme určit jejich fázový rozdíl : .

Na základě odvozených vztahů závislosti okamžité výchylky na čase, velikosti okamžité rychlosti na čase, … a na základě vlastností goniometrických funkcí je zřejmé, že:

1. Mechanický oscilátor byl v rovnovážné poloze v čase t = T/8.
2. Dva mechanické oscilátory kmitají harmonicky se stejnou frekvencí tak, že v počátečním okamžiku mají výchylku ale pohybují se opačným směrem.
3. Mechanický oscilátor harmonicky kmitá podle vztahu y = ymcos(ωt +φ0).

Těleso nemusí své kmitání začít v rovnovážné poloze. Říkáme, že má počáteční fázi φ0. Počáteční fáze může mít kladnou nebo zápornou hodnotu. Fázový rozdíl je důležitou veličinou pro posouzení vzájemných vztahů fyzikálních veličin.

Když mech. o energii kmitání. mění potenciální energie kmitání v energii kinetickou a naopak. Amplituda se postupně zmenšuje, až je nakonec nulová. oscilátor a prostředí). Na míru tlumení má vliv prostředí. amplituda výchylky zmenšuje velmi pomalu, ve vodě rychleji. Vlastní kmitání oscilátoru je vždy tlumené. netlumily. oscilátoru. s frekvencí vnějšího působení. oscilátoru nemají. vlastnostech kmitajícího objektu. amplituda kmitů. Maximum je tím ostřejší, čím méně se tlumí vlastní kmity. rezonanční křivka. kmitů. Rezonance je využita např.

Čtěte také: CIM Ministerstvo Emise: Vysvětlení

tags: #emise #kmitaveho #napeti #vysvětlení #a #principy

Oblíbené příspěvky:

• Jak správně třídit odpad?
• Kompost a dusíkaté vápno: Jak je správně používat?
• Ekologický chov vajec
• Oxid uhelnatý v přírodě
• Metodika měření potravinového odpadu