Электричество шаг за шагом

Р-72. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ — ОТ ЛИРИКИ К ФИЗИКЕ. Если посмотреть внимательно, то непременно заметишь, что в нашем мире встречается бесконечное многообразие движений и изменений. И есть в этом многообразии группа движений очень похожих — это то, что мы называем словами «свободные колебания». Они возникают там, где есть многими не замеченное и пока ещё достойно не воспетое чудо природы — пара накопителей энергии, определённым образом связанных друг с другом. На этом рисунке представлены три такие пары: маятник (1), струна (2) и LC-контур (3).

Отклоним маятник влево и отпустим его (1). Под действием силы тяжести (притяжение к Земле) маятник двинется вправо. Проходя центральную точку, он уже растратил потенциальную энергию, которая была у него перед стартом, но набрал скорость, и потенциальная энергия полностью перешла в кинетическую, в энергию движения. За счёт неё маятник проскакивает центральную точку и в итоге приходит в крайнее правое положение, откуда, опять-таки под действием силы тяжести, начнётся его движение в обратную сторону. В итоге, обменивая потенциальную энергию на кинетическую, а затем кинетическую на потенциальную, маятник вернётся в крайнюю левую точку, и всё начнётся с начала — маятник будет двигаться туда-обратно, то есть будет совершать свободные колебания.

Примерно то же самое мы увидим, если оттянем центр натянутой струны и отпустим её (2). Здесь колебания будут происходить за счёт обмена энергии упругой деформации струны (временные изменения молекулярной структуры при натяжении струны) и всё той же кинетической энергии — энергии движения. И, наконец, электромагнитные колебания в контуре L_кск (3). Для начала передадим ему небольшую порцию энергии, например, зарядив конденсатор С_к от внешней батареи. Он начнёт разряжаться через катушку L_к, в цепи пойдёт ток, и вся энергия из электрического поля конденсатора С_к перейдёт в магнитное поле катушки L_к. Затем ток перезарядит конденсатор, «+» и «—» поменяются местами, и ток, естественно, пойдёт в другую сторону. Этот обмен энергий между С_к и L_к будет продолжаться, поддерживая свободные колебания (в частности, ток туда-обратно) в контуре. Они через какое-то время прекратятся из-за различных потерь энергии, чем меньше эти потери, тем дольше будут длиться колебания.

Если во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной обмотке, то коэффициент трансформации и больше единицы, трансформатор в n раз повышает напряжение и называется повышающим. А если w₂ меньше, чем w_1,то n меньше единицы, и трансформатор понижающий.