Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина

Рис. 39.В процессе колебаний маятника непрерывно происходит переход одного вида энергии в другой — потенциальная энергия (энергия поднятого маятника) периодически переходит в кинетическую (энергию движущегося маятника), кинетическая — обратно в потенциальную и т. д. При этом с определенной частотой меняется скорость движения маятника и его отклонение.

Аналогичными процессами сопровождаются и другие виды механических колебаний (лист 64).

Попробуем записать все, что происходит с маятником в процессе его колебаний. Такую запись удобнее всего произвести с помощью особого рисунка — графика (рис. 40). Мы уже встречались с графиками в предыдущей главе.

Рис. 40.График — это очень удобный и наглядный способ записи зависимости одной величины от другой и, в частности, зависимости какой-либо величины от времени.

Основой графика являются две взаимно-перпендикулярные прямые линии, называемые осями. По горизонтальной оси мы будем в определенном масштабе отмечать время, для чего разметим эту линию-ось в единицах времени, подобно циферблату секундомера (рис. 40). По вертикальной оси, также в определенном масштабе, будем отмечать отклонение маятника от его среднего положения, и эту ось разметим в единицах длины.

Теперь будем через определенные промежутки времени (например, через каждую секунду) измерять отклонение маятника и делать соответствующие отметки-точки. При отклонении маятника вправо будем делать отметки вверх от нулевой точки, а при отклонении влево — вниз от этой точки. Такой выбор сделан совершенно условно: можно было бы принять и обратное направление. По отметкам-точкам, которые мы будем наносить па графике, можно будет построить кривую (так обычно называют линию, соединяющую отдельные точки графика), которая и расскажет о том, как перемещается маятник с течением времени. Из графика, например, можно увидеть, что колебания маятника постепенно ослабевают («затухают») — амплитуда[6] отклонений становится все меньше и меньше (рис. 48), уменьшается и амплитудная (максимальная) скорость движения грузика. Колебания затухают потому, что энергия, запасенная при первом толчке, постепенно расходуется на преодоление сопротивления воздуха на трение в подшипнике или изгиб нити. Чем меньше эти потери энергии, тем медленнее затухают колебания.

Время, в течение которого маятник совершает полный цикл колебаний, называетсяпериодом и обычно, подобно периоду переменного тока, обозначается буквой Т. Зная период, легко подсчитать частоту колебаний f и, наоборот, зная f, подсчитать Т:

Так, например, если Т = 8 сек, то f = 0,125 гц, если колебания имеют частоту 100 гц, то период равен 0,01 сек (лист 65). Частота колебаний маятника, так же как и частота любых колебаний, зависит от того, насколько быстро в процессе этих колебаний энергия переходит из одного видав другой (в данном случае потенциальная энергия в кинетическую и обратно).

Лучше всего проследить указанную зависимость на примере колебаний гитарной струны. Эти колебания — результат перехода потенциальной энергии натянутой струны (когда струна натянута, то внутренние силы упругости стремятся вернуть ее в среднее положение) в кинетическую энергию движущейся струны и обратно.

Частота колебаний струны зависит от ее массы: чем толще струна, тем больше ее инерция, тем медленнее она накапливает и отдает кинетическую энергию, тем, следовательно, меньше частота колебаний. Частота колебаний зависит и от упругости струны, то есть практически от се натяжения: чем сильнее натянута струна (чем больше ее упругость), тем быстрее она отдает и накапливает потенциальную энергию, тем выше частота колебаний.

…И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ

Электромагнитные колебания, так же как и любые другие колебания, — это результат периодического перехода энергии из одного вида в другой, а конкретно — результат перехода энергии электрического поля в энергию магнитного поля и наоборот.

Для накопления этих видов энергии могут использоваться специальные устройства: для накопления энергии электрического поля — конденсатор, а для накопления энергии магнитного поля — катушка индуктивности (иногда ее называют катушкой самоиндукции или просто катушкой). Электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки, и представляет собой контур, в котором могут происходить электромагнитные колебания.