Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

(электрические колебания), причем каждая радпостанция наводит колебания своей определенной частоты. Если бы мы не умели выделить из этой сложнейшей смеси колебаний колебания, наводимые интересующей нас радиостанцией, то никакой радиоприем не был бы возможен. Здесь и приходит на помощь электрический резонанс. Мы соединяем с антенной колебательный контур, на- пример через индуктивность, как показано на рис.

54. Емкость конденсатора можно плавно изменять, меняя тем самым собственную частоту контура. Если мы настроим контур на желательную частоту, например чы то э. д. с. с частотой н, вызовет в контуре сильные вынужденные колебания, а все остальные э. д. с.— слабые. Следовательно, Рис. 54. Резонанс позволяет настраиваться иа желаемую стаинню и отстраиваться от всех остальных.

Стредка на конденсаторе указывает на то, что емкость конденсатора можно менять пгэонанс позволяет но желанию настраивать приемник ча частоту выбранной станции. Разумеется, в электротехнике, как и в машиностроении, резонанс может явиться величайшим злом там, где его не полжио быть. Если электрическая цепь рассчитана на ра5оту в отсутствие резонанса, то возникновение резонанса вызовет аварию: провода раскалятся от чрезмерно сильных гоков, изоляция будет пробита из-за высоких резонансных «апряжений, н т. п. В прошлом веке, когда электрические колебания были еще недостаточно изучены, такие аварии .лучалнсь.

Теперь же мы умеем в зависимости от условий вибо использовать резонанс, либо устранять его. у 30. Незатухающие колебания. Автокалебательные систены. Свободные колебания всегда затухают из-за потерь знергии (трение, сопротивление среды, сопротивление проводников электрического тока и т. п,). Между тем и в тех«ике и в физических опытах крайне нужны н е з а т ух а ю щ и е к о л е б а н и я, периодичность которых сохра«яется все время, пока система вообще колеблется, Как почучают такие колебания? 55ы знаем, что вынужденные коле5ания, при которых потери энергии восполнякпся работой периодической внешней силы, являются незатухающими.

Но откуда взять внешнюю периодическую силу? Ведь она 76 в свою очередь требует источника каких-то незатухающих колебаний. Незатухающие колебания создаются такимн устройствами, которые сами могут поддерживать свои колебания за счет некоторого постоянного источника энергии. Такие устройства называются автоколебательнылш системами. На рис. 55 изображен пример электромеханического устройства такого рода. Груз висит на пружине, нижний конец которой погружается при колебаниях этого пружинного маятника в чашечку со ртутью.

Один полюс батереи присоединен к пружине наверху, а другой — к чашечке со ртутью. При опускании груза электрическая цепь замыкается и по пружине проходит ток. Витки пружины благодаря магнитному полю тока начинают при этом притягиваться друг к другу, пружина сжимается, и груз получает толчок кверху. Тогда кантакт разрывается, ватки перестают стягиваться, груз опять опускается вниз, и весь процесс повторяется снова.

Таким образом, колебание пружинного маятника, которое само по себе затухало бы, поддерживаетс" рис. зз. Агпькьлевеьия периодическими толчками, обуслов- грузе иь пружине ленными самиле колебанием маятника. При каждом толчке батарея отдает порцию энергии, часть козорой идет иа подъем груза. Система сама управляет действующей на нее силой и регулирует поступление энергии из источника — батареи. Колебания не затухают именно потому, что за каждый период от батареи отбирается как раз столько энергии, сколько расходуется за то же время на трение и другие потери.

Что же касается периода этих незатухающих колебаний, то он практически совпадает с периодом собственных колебаний груза на пружине, т. е. определяется жесткостью пружины и массой груза. Подобным же образом возникают незатухающие колебания молоточка в электрическом звонке, с тойлишь разницей, что в ием периодические толчки создаются отдельным электромагнитом, притягивающим якорек, укрепленный на молоточке. Аналогичным путем можно получить автоколебания со звуковыми частотами, например возбудить незатухающие колебания камертона (рис. 56).

Когда ножки ка- ' 73 мертона расходятся, замыкается контакт 1; через обмотку электромагнита 2 проходит ток, и электромагнит стягивает ножки камертона. Контакт при этом размыкается, и далее следует повторение всего цикла. Рис. 56. Автокоаеоанин камертона Чрезвычайно существенна для возникновения колебаний разность фаз между колебанием и с и л о й, которую оно регулирует. Перенесем контакт 1 с внешней стороны ножки камертона на внутреннюю. Замыкание происходит теперь не при расхождении, а при сближении ножек, т.

е. момент включения электромагнита передвинут на полпериода по сравнению с предыдущим опытом. Легко видеть, что в этом случае камертон будет все время сжат непрерывно включенным электромагнитом, т. е. колебания вообще не возникнут. Электромеханические автоколеба/'!)' тельные системы применяются в технике очень широко, но не менее расо '7 пространенпыми и важными являют/ // ся и чисто механические автоколебангй тельные устройства. Достаточно указать на любой часовой механизм. Незатухающие колебания маятника ,. в или балансира часов поддерживаютг ся за счет потенциальной энергии поднятой гири или за счет упругой энергии заведенной пружины. Рнс. 57 иллюстрирует принцип действия маятниковых часов ГалиРис.

З7. Схема насово. лея — Гюйгенса Я П). На этом го механизма рисунке изображен так называемый анкерный ход. Колесо с косыми зубьями 1 (ходовое колесо) жестко скреплено с зубчатым барабаном, через который перекинута цепь с гирей 2. К ма. 7В ятнику 3 приделана перекладина 4 (анкер), на концах которой укреплены палетты 5 — пластинки, изогнутые по окружности с центром на оси маятника 6. Анкер не позволяет ходовому колесу свободно вращаться, а дает ему возможность провернуться только на один зуб за каждые полпериода маятника. Но и ходовое колесо действует при этом на маятник, а именно, пока зуб ходового колеса соприкасается с изогнутой поверхностью левой или правой палетты, маятник не получает толчка и только слегка тормозится из-за трения.

Но в те моменты, когда зуб ходового колеса «чиркает» по торцу палетты, маятник получает толчок в направлении своего движения. Таким образом, маятник совершает незатухающие колебания, потому что он сам в определенных своих положениях дает возможность ходовому колесу подтолкнуть себя в нужном направлении. Эти толчки и восполняют расход энергии на трение. Период колебаний и в этом случае почти совпадает с периодом собственных колебаний маятника, т.

е. зависит от его длины. Автоколебаниями являются также колебания струны под действием смычка (в отличие от свободных колебаний струны у рояля, арфы, гитары и других несмычковых струнных инструментов, возбуждаемых однократным толчком или рывком); автоколебаниями являются звучание духовых музыкальных инструментов, движение поршня паровой машины и многие другие периодические процессы. Характерная черта автоколебаний состоит в том, что их амплитуда определяется свойствами самой системы, а не начальным отклонением или толчком, как у свободных колебаний. Если, например, маятник часов отклонить слишком сильно, то потери на трение будут больше, чем посту'пление энергии от заводного механизма, и амплитуда будет уменьшаться.

Наоборот, если уменьшить амплитуду, то избыток энергии, сообщаемой маятнику ходовым колесом, заставит амплитуду возрасти. Автоматически установится именно такая амплитуда, при которой расход и поступление энергии сбалансированы. В 31. Ламповый генератор электрических колебаний. В томе 11, й 106, мы познакомились с устройством электронной лампы и видели, что изменение напряжения на ее сетке меняет силу тока в ее анодной цепи. Когда сетка заряжена отрицательно, то электроны не могут пролетать к аноду, ток не идет, лампа, как говорят, «заперта». Зарядив сетку положительно, мы «отпираем» лампу, т.

е. через нее может идти ток. Изменения анодного тока следуют за изме- пениями напряжения на сетке практически мгновенно— через десятимиллиардные доли секунды (время пролета электронов от сетки к аноду), т. е. электронная лампа является явыключателем» с н и ч т о ж н о й и н е р ц и е й. Поэтому, соединив лампу с колебательным контуром и батареей так, чтобы в нужные моменты лампа отпиралась и пропускала ток к конденсатору, мы можем получить э л е к трическую автоколебательную систем у, позволяющую возбуждать (генерировать) незатухающие электрические колебания.

Очевидно, для того чтобы колебания в контуре управляли анодным током лампы, надо подать иа ее сетку напряжение, зависящее от колебаний тока или напряжения в контуре, т. е., как говорят, с в я з а т ь контур с сеточной цепью лампы. Такая электрическая связь может быть осуществлена различными способами — при помощи электростатической индукции (е м к о с т н а я связь), при помощи электромагнитной индукции (и и д у к т и в н а я связь) и т. д. Главное здесь заключается не в том, каким именно способом контур связан с лампой, а в том, что благодаря этой связи мы имеем не только действие лампы на колебания в контуре, но и обратное воздействие этих колебаний на лампу. Разнообразные способы соединения лампы с колебательным контуром, обеспечивающие такое обратное воздействие, являются примерами так называемой обратной связи, а сами электрические а в т о к о л е б ат е л ь н ы е системы такого рода называются лахьпавылги генераторами ").

Характеристики

Список файлов книги