- •Контур с током в магнитном поле
- •Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле
- •Действие магнитного поля на движущиеся электрические заряды. Сила Лоренца.
- •Движение заряженных частиц в магнитном поле. Принцип действия циклических ускорителей.
- •Эффект Холла.
- •Вихревой характер магнитного поля.
- •Закон полного тока. Применение закона полного тока для расчета магнитного поля тороида.
- •Магнитный поток. Теорема гаусса для магнитных полей.
- •Законы магнитных цепей
- •Магнетики. Намагничивание магнетиков. Вектор намагничения.
- •Напряженность магнитного поля. Связь между векторами j,b,h.
- •Доменная структура ферромагнетиков. Магнитный гистерезис.
- •Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и правило Ленца.
- •Электронный механизм возникновения эдс индукции.
- •Явление самоиндукции. Индуктивность, единицы её измерения. Индуктивность длинного соленоида.
- •????? Установление тока в цепи, содержащей катушку индуктивности.
- •Взаимная индукция. Коэффициент взаимной индукции.
- •Энергия системы проводников с токами?????. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.
- •Вихревое электрическое поле. Первое уравнение Максвела в интегральной форме.
- •Взаимосвязь электрического и магнитного полей. Ток смещения. Второе уравнение теории максвелла в интегральной форме.
- •Полная система уравнений Максвелла в дифференциальной форме.
- •Природа носителей тока в металлах. Доказательство электронной проводимости металлов.
- •Классическая теория проводимости металлов. Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца из электронной теории.
- •Связь между электропроводностью и теплопроводностью. Закон Видемана-Франца.
- •Трудности классической электронной теории.
- •Гармонические колебания. Линейный гармонический осциллятор. Математический и физический маятники.
- •Решения уравнения движения
- •Сложение гармонических колебаний.
- •Затухающие и вынужденные колебания.
- •Свободные колебания в электрическом колебательном контуре.
- •Вынужденные колебания. Добротность колебательного контура. Переменный электрический ток.
- •Резонанс напряжений в электрической цепи.
- •Резонанс токов в электрической цепи.
- •Автоколебания. Понятие о релаксационных колебаниях.
- •Упругие волны(продольные, поперечные). Уравнение бегущей волны(плоской сферической).
- •Уравнение плоской волны
- •Уравнение сферической волны
- •Свойства электромагнитных волн. Плоские электромагнитные волны.
- •Эффект Доплера для акустических и световых волн.?????
- •Энергия и импульс электромагнитных волн. Вектор Пойтинга.
- •Дипольное излучение электромагнитных волн.?????
- •Световые волны. Абсолютный и относительный показатели преломления. Интенсивность света.
- •Принцип Ферма. Вывод законов отражения и преломления света.
- •Когерентные волны. Способы получения когерентных волн.
- •Интерференция световых волн. Когерентность.
- •Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников.
- •Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона.
Решения уравнения движения
Маятник, совершающий малые колебания, движется по синусоиде. Поскольку уравнение движения является обыкновенным ДУ второго порядка, для определения закона движения маятника необходимо задать два начальных условия — координату и скорость, из которых определяются две независимых константы:
где A — амплитуда колебаний маятника, θ0 — начальная фаза колебаний, ω — циклическая частота, которая определяется из уравнения движения. Движение, совершаемое маятником, называется гармоническими колебаниями. Физический маятник — осциллятор, представляющий собой твёрдое тело, совершающее колебания в поле каких-либо сил относительно точки, не являющейся центром масс этого тела, или неподвижной оси, перпендикулярной направлению действия сил и не проходящей через центр масс этого тела.
Пренебрегая сопротивлением среды, дифференциальное уравнение колебаний физического маятника в поле силы тяжести записывается следующим образом:
.
Полагая , предыдущее уравнение можно переписать в виде:
.
Последнее уравнение аналогично уравнению колебаний математического маятника длиной . Величина называется приведённой длиной физического маятника.
Сложение гармонических колебаний.
Колеблющееся тело может принимать участие в нескольких колебательных процессах, тогда следует найти результирующее колебание, другими словами, колебания необходимо сложить. В данном разделе будем складывать гармонические колебания одного направления и одинаковой частоты применяя метод вращающегося вектора амплитуды, построим графически векторные диаграммы этих колебаний (рис. 1). Tax как векторы A1 и A2 вращаются с одинаковой угловой скоростью ω0, то разность фаз (φ2 - φ1) между ними будет оставаться постоянной. Значит, уравнение результирующего колебания будет (1) В формуле (1) амплитуда А и начальная фаза φ соответственно определяются выражениями (2) Значит, тело, участвуя в двух гармонических колебаниях одного направления и одинаковой частоты, совершает при этом также гармоническое колебание в том же направлении и с той же частотой, что и складываемые колебания. Амплитуда результирующего колебания зависит от разности фаз (φ2 - φ1) складываемых колебаний.
Рис.1
Исследуем выражение (2) в зависимости от разности фаз (φ2 - φ1): 1) φ2 - φ1 = ±2mπ (m = 0, 1, 2, ...), тогда A=A1+A2, т. е. амплитуда результирующего колебания А будет равна сумме амплитуд складываемых колебаний; 2) φ2 - φ1 = ±(2m+1)π (m = 0, 1, 2, ...), тогда A=|A1–A2|, т. е. амплитуда результирующего колебания будет равна разности амплитуд складываемых колебаний. Для практики представляет особый интерес случай, когда два складываемых гармонических колебания одинакового направления мало отличаются по частоте. После сложения этих колебаний получаются колебания с периодически изменяющейся амплитудой. Периодические изменения амплитуды колебания, которые возникают при сложении двух гармонических колебаний с близкими частотами, называются биениями. Пусть амплитуды складываемых колебаний равны А, а частоты равны ω и ω+Δω, причем Δω<<ω. Выберем начало отсчета так, чтобы начальные фазы обоих колебаний были равны нулю: Складывая эти выражения и учитывая, что во втором сомножителе Δω/2<<ω, получим (3) Результирующее колебание (3) можно считать как гармоническое с частотой ω , амплитуда Аσ которого изменяется по следующему периодическому закону: (4) Частота изменения Аσ в два раза больше частоты изменения косинуса (так как берется по модулю), т. е. частота биений равна разности частот складываемых колебаний: Период биений Вид зависимости (3) показан на рис. 2, где сплошные жирные линии представляют график результирующего колебания (3), а огибающие их линии - график медленно меняющейся согласно уравнению (4) амплитуды.
Рис.2
Нахождение частоты тона (звука определенной высоты) биений между эталонным и измеряемым колебаниями — наиболее часто используемый на практике метод сравнения измеряемой величины с эталонной. Метод биений применяется для настройки музыкальных инструментов, анализа слуха и т. д. При исследовании сложного колебательного процесса нужно знать, что любые сложные периодические колебания s=f(t) можно представить в виде суперпозиции (наложения) одновременно совершающихся гармонических колебаний с различными амплитудами, начальными фазами, а также частотами, которые кратны циклической частоте ω0 : (5) Представление в виде (5) любой периодической функции связывают с понятием гармонического анализа сложного периодического колебания, или разложения Фурье. Слагаемые ряда Фурье, которые определяют гармонические колебания с частотами ω0, 2ω0, 3ω0, ..., называются первой (или основной), второй, третьей и т. д. гармониками сложного периодического колебания.