Явище резонансу і автоколивання

Явище досягнення максимальної амплітуди вимушених коливань при заданих ωо і β називають резонансом. Явище резонансу спостерігається при такій частоті Ω_рез вимушуючої сили, при якій амплітуда вимушених коливань А досягає максимального значення. Відповідно до формули (1.55) дослідження функції A =f(Ω) на екстремум дає рів­няння , яке дозволяє отримати значення резонансної частоти:

.

Цьому значенню резонансної частоти відповідає значення резонансної максимальної амплітуди

За відсутності затухання (β = 0): Ω_рез = ω₀, а А_рез → .

На мал. 1.25б подані резонансні криві - залежності амплітуди вимушених коливань від частоти змушуючої сили при різних коефіцієнтах затухання (β₁< β₂).

Мал. 1.256. Явище резонансу.

При вимушених коливаннях подача енергії ззовні (для компенсації втрат на тертя) здійснюється і регулюється зовнішньою періодичною силою, яка нав'язує системі свою частоту і визначає амплітуду коливань. Однак, можна викликати незатухаючі коливання І постійною силою, якщо сама система буде регулювати подачу енергії ззовні.

Системи, які автоматично регулюють подачу енергії від зовнішнього джерела, називають автоколивальними, а пері­одичні процеси, які в них відбуваються, -автоколиваннями. Амплітуда і частота автоколивань залежать від властивостей самої системи. Схему автоколивальної системи, яка складається з чотирьох обов'язкових елементів, подано на мал. 1.26.

Мал. 1.26. Автоколивальна система.

Прикладами автоколивальних систем є:

1. Годинник (маятник - коливальна система, піднесена гиря або пружина - джерело енергії, анкер-регулятор над­ходження енергії від джерела в коливальну систему, який зв'язаний з коливальною системою зворотним зв'язком).

2. Генератор електромагнітних коливань.

3. Серце, легені - біологічні автоколивальні системи. Форма автоколивань може бути різною: це можуть бути

коливання, що наближаються до гармонічних (маятниковий годинник, коливання в LC-генераторах), або імпульсні коливання різної форми - прямокутні, експоненціальні, пилкоподібні.