Автоколебания. Автоколебательная система. Генератор незатухающих электромагнитных колебаний.

1. Деформация это процесс изменения формы и размеров тела. Деформация Е – это безразмерная величина, равная отношению размера изделия дельта эль к исходному размеру эль нулевое. Механическое напряжение – величина, характеризующая упругие силы на единицу площади, численно раная отношению силы упругости к площади поперечного сечения образца.

Закон Гука.

Ряд растяжения или сжатия, характеризующегося вектором деформации (удлинения или сжатия) дельта l: сила упругости пропорциональна вектору деформации и противоположна ему по направлению. Механическое напряжение возникающая в образце пропорциональна относительному удлинению сигма=EE.

σ=F/S, F/S=E*дельтаl/l0 F=(ES/l0)*дельта l. F=k*дельта l.

Жесткость K=ES/l0. Упругая деф. – деф, при котором при снятии нагрузки образец восстанавливает свою форму. Пластичная наоборот. Пластичная деформация происходит путем взаимных сдвигов соседних слоев материала, причем эти сдвиги имеют необратимый характер. Запас прочности величина, показывающая во сколько раз предел прочности больше допустимой нагрузки. Деформация: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение.

Коэффициент пропорциональности Е называют модулем Юнга и определяют по формуле σ=Е│ε│ Юнга на площадь поперечного сечения стержня и обратно пропорциональна его длине. Пределы пропорциональности и упругости. Закон Гука выполняется при небольших деформациях, а, следовательно, при напряжениях, не превосходящих некоторого предела. Максимальное напряжение sп (см. Рис. 7), при котором ещё выполняется закон Гука, называют пределом пропорциональности.Если увеличивать нагрузку, то деформация становится нелинейной, напряжение перестанет быть прямо пропорциональным относительному удлинению. Тем не менее, при небольших нелинейных деформациях после снятия нагрузки форма и размеры тела практически восстанавливаются. Максимальное напряжение, при котором ещё не возникают заметные остаточные деформации (относительная остаточная деформация не превышает 0,1%), называют пределом упругости sуп. Предел упругости превышает предел пропорциональности лишь на сотые доли процента. Рис. 7 d

E dпч K C D dуп

B dп A O Q P e

2. Вынужденные колебания это незатухающие колебания. Неизбежные потери энергии на трение компенсируются подводом энергии от внешнего источника периодически действующей силы. Существуют системы, в которых незатухающие колебания возникают не за счет периодического внешнего воздействия, а в результате имеющейся у таких систем способности самой регулировать поступление энергии от постоянного источника. Такие системы называются автоколебательными, а процесс незатухающих колебаний в таких системах автоколебаниями. В автоколебательной системе можно выделить три характерных элемента - колебательная система, источник энергии и устройство обратной связи между колебательной системой и источником. В качестве колебательной системы может быть использована любая механическая система, способная совершать собственные затухающие колебания (например, маятник настенных часов).

Источником энергии может служить энергия деформация пружины или потенциальная энергия груза в поле тяжести. Устройство обратной связи представляет собой некоторый механизм, с помощью которого автоколебательная система регулирует поступление энергии от источника. На рис.2.5.3 изображена схема взаимодействия различных элементов автоколебательной системы.

Примером механической автоколебательной системы может служить часовой механизм с анкерным ходом (рис.2.5.4). Ходовое колесо с косыми зубьями жестко скреплено с зубчатым барабаном, через который перекинута цепочка с гирей. На верхнем конце маятника закреплен анкер (якорек) с двумя пластинками из твердого материала, изогнутыми по дуге окружности с центром на оси маятника. В ручных часах гиря заменяется пружиной, а маятник балансиром маховичком, скрепленным со спиральной пружиной. Балансир совершает крутильные колебания вокруг своей оси. Колебательной системой в часах является маятник или балансир. Источником энергии поднятая вверх гиря или заведенная пружина. Устройством, с помощью которого осуществляется обратная связь, является анкер, позволяющий ходовому колесу повернуться на один зубец за один полупериод. Обратная связь осуществляется взаимодействием анкера с ходовым колесом. При каждом колебании маятника зубец ходового колеса толкает анкерную вилку в направлении движения маятника, передавая ему некоторую порцию энергии, которая компенсирует потери энергии на трение. Таким образом, потенциальная энергия гири (или закрученной пружины) постепенно, отдельными порциями передается маятнику.Механические автоколебательные системы широко распространены в окружающей нас жизни и в технике. Автоколебания совершают паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, электрические звонки, струны смычковых музыкальных инструментов, воздушные столбы в трубах духовых инструментов, голосовые связки при разговоре или пении и т.д.