Вынужденные колебания. Резонанс

Вынужденные колебания – колебания, протекающие под действием периодически изменяющейся внешней силы.

Амплитуда вынужденных колебаний – постоянная величина, так как отрицательная работа сил сопротивления компенсируется положительной работой действующей силы. Кроме этого, отметим несколько свойств амплитуды вынужденных колебаний:

1) она пропорциональна амплитуде вынуждающей силы;

2) зависит от сопротивления среды;

3) зависит от разности частоты вынуждающей силы и собственной частоты колебательной системы.

Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающей силы.

Вынужденные колебания в системе с силами сопротивления затухают после прекращения действия вынуждающей силы.

Если вынужденные колебания протекают в системе, в которой возможны свободные колебания, то амплитуда колебания зависит от разности частот вынуждающей силы и собственной частоты колебательной системы. График зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы представлен на рисунке.

Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты внешней силы с собственной частотой системы.

На рисунке видна зависимость амплитуды вынужденных колебаний при ω = ω₀ от величины сил сопротивления среды. На первом графике силы сопротивления равны нулю, амплитуда колебания стремится к бесконечности. При малых силах сопротивления резонанс может привести к разрушению системы (вред резонанса). На четвёртом графике силы сопротивления велики, резонанс почти не наблюдается.

Резкое возрастание амплитуды колебаний при резонансе обеспечивается благоприятными условиями поступления энергии в систему. На протяжении всего собственного колебания системы внешние силы совершают только положительную работу над системой.

Резонанс применяется в измерительных приборах, в музыкальных инструментах.