Плотность электромагнитной энергии

Плотность энергии электромагнитного поля может быть выражена через значения электрического и магнитного полей. В системе СИ:

 

 

· 18 вопрос: Колебательное движение. Условия возникновения колебаний.

Колебательное движение это движение, точно или приблизительно повторяющееся через одинаковые промежутки времени. Учение о колебательном движении в физике выделяют особо. Это обусловлено общностью закономерностей колебательного движения различной природы и методов его исследования.

Механические, акустические, электромагнитные колебания и волны рассматриваются с единой точки зрения.

Колебательное движение свойственно всем явлениям природы. Внутри любого живого организма непрерывно происходят ритмично повторяющиеся процессы, например биение сердца.

Колебательная система

Колебательную систему вне зависимости от ее физической природы называют осциллятором. Примером колебательной системы может служить колеблющийся груз, подвешенный на пружине или нити.

Полным колебанием один законченный цикл колебательного движения, после которого оно повторяется в том же порядке.

 

Колебательные движения тела – это движения, повторяющиеся через определенный промежуток времени.

Например, колебательные движения совершает маятник, мячик на нитке и т.п.

Свободные колебания. Колебательные системы.

Свободные колебания тела – это колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии.

Пояснение.

Отведем в сторону мячик, висящий на нитке, и отпустим его. Мячик начнет совершать колебательные движения влево-вправо. Это и есть свободные колебания.

Системы тел, которые способны совершать свободные колебания, называютсяколебательными системами.

Пояснение:

В нашем примере мячик, нитка и устройство, к которому нитка прикреплена, вместе составляют колебательную систему.

Амплитуда, период, частота колебаний.

Амплитуда – это наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия. Измеряется в метрах, сантиметрах и т.п.

Пояснение:

Мячик на нитке достигает определенного предела колебания, затем начинает движение в обратную сторону. Расстояние от положения равновесия (покоя) до этой крайней точки и называется амплитудой.

Период колебаний – это промежуток времени, в течение которого тело совершает одно полное колебание.

Период колебаний обычно измеряется в секундах.

Обозначается буквой Т.

Частота колебаний – это число колебаний, совершаемых в единицу времени.

За единицу частоты принято одно колебание в секунду. Название этой единицы – герц (Гц).

Частота колебаний обозначается буквой ν («ню»).

Пояснение:

Если мячик за одну секунду совершает два колебания, то частота его колебаний составляет 2 Гц. То есть ν = 2Гц.

Чтобы найти период колебаний, надо одну секунду разделить на частоту колебаний: 1 Т = —— ν

Пояснение:

В нашем примере мячик за одну секунду совершает два колебания. Такова его частота колебаний. Значит:

1
Т = —— = 0,5 с.
2Гц

Частота свободных колебаний называется собственной частотой колебательной системы.

Виды колебаний.

Колебания бывают гармонические, затухающие, вынужденные.

Условие возникновения свободных гармонических колебаний: Для возникновения свободных колебаний необходимы два условия: при выведении тела из положения равновесия в системе должна возникнуть сила, направленная к положению равновесия и трение при этом должно быть достаточно малым.

1. начальный запас энергии в системе (напр. потенциальной или кинетической)
2. система должна быть предоставлена сама себе, изолированной, т.е не д.б. внешних воздействий (вкл. трение и т.п.)
3. не уверен, должно осуществляться превращение энергии из одного вида в другой
данные условия справедливы для любой колебательной системы, от маятника до колебательного контура

 

Первое: наличие периодически изменяющейся силы, всегда направленной к положению равновесия. Второе: стремящаяся к нулю сила сопротивления окружающей среды.

 

Колебания – процессы (изменения состояния), обладающие той или иной повторяемостью во времени. Механические колебания – движения, которые точно или приблизительно повторяются во времени. Колебания называются периодическими, если значения физических величин, изменяющихся в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени. (В противном случае колебания наз. апериодическими).
Примеры колебаний, изображенные на рисунках: колебания математического маятника, колебания жидкости в U-образной трубке, колебания тела под действием пружин, колебания натянутой струны. Условия возникновения механических колебаний 1. Хотя бы одна сила должна зависеть от координат. 2. При выведении тела из положения устойчивого равновесия возникает равнодействующая, направленная к положению равновесия. С энергетической точки зрения это значит, что возникают условия для постоянного перехода кинетической энергии в потенциальную и обратно. 3. Силы трения в системе малы.
Для возникновения колебания тело необходимо вывести из положения равновесия, сообщив либо кинетическую энергию (удар, толчок), либо – потенциальную (отклонение тела). Примеры колебательных систем: 1. Нить, груз, Земля. 2. Пружина, груз. 3. Жидкость в U-образной трубке, Земля. 4. Струна.
Свободные колебания — это колебания, которые возникают в системе под действием внутренних сил, после того как система была выведена из положения устойчивого равновесия. В реальной жизни все свободные колебания являются затухающими (т.е. их амплитуда, размах, уменьшается с течением времени). Вынужденные колебания – колебания, которые происходят под действием внешней периодической силы.
Характеристики колебательного процесса. 1. Смещение х - отклонение колеблющейся точки от положе­ния равновесия в данный момент времени (м). 2. Амплитуда хм - наиболь­шее смещение от положения рав­новесия (м). Если колебания незатухающие, то амплитуда постоянна.
3. Период Т — время, за которое совершается одно полное колебание. Выражается в секундах (с). За время, равное одному периоду (одно полное колебание) тело совершает перемещение, равное __ и проходит путь, равный ____.
4. Частота n — число полных колеба­ний за единицу времени. В СИ измеряется в герцах (Гц). Частота колебаний равна одному герцу, если за 1 секунду совершается 1 полное колебание. 1 Гц= 1 с-1.
5. Циклической (круговой) частотой w периодических колебаний наз. число полных колебаний, которые совершаются за 2p единиц времени (секунд).Единица измерения – с-1.
6. Фаза колебания - j - физическая величина, определяющая смещение x в данный момент времени. Измеряется в радианах (рад). Фаза колебания в начальный момент времени (t=0) называется начальной фазой (j0).