Різниця між вільними та вимушеними коливаннями

Ми зустрічаємо різні типи рухів, які демонструються різними тілами в нашому повсякденному житті. У фізиці рух перекладача - це той тип руху, при якому тіло переміщується з одного місця в інше по часу. Візьміть, наприклад, політ, або поїзд, що рухається, або рухомий м'яч - це все приклади руху перекладача. Тоді ми маємо коливальний рух, при якому тіло повторює один і той же рух знову і знову. Приклади коливального руху включають годинник, камертон, рух гойдалки тощо. Коливання та хвилі вплітаються в безліч явищ, які ми відчуваємо щодня.

Коливання або вібрації вільні, якщо після початкового збудження система коливається залежно від власних внутрішніх сил, але немає зовнішніх сил. З іншого боку, якщо зовнішня сила продовжує підтримувати коливання системи, вібрації, як кажуть, вимушені. Зовнішня сила тут називається рушійною силою. Так, тіло виконує вільні коливання, коли воно коливається без впливу зовнішньої сили, тоді як коли вільно коливальна система піддається зовнішній силі, тим самим впливаючи на її коливання, воно починає виробляти вимушені коливання (або коливання). Давайте розглянемо деякі ключові відмінності між вільними та вимушеними коливаннями.

Що таке вільні коливання?

Візьмемо приклад камертона. При натисканні на камертон він деякий час починає вібрувати із заданою частотою. Це означає, що він знаходиться у вільному коливанні, оскільки він вібрує на своїй природній частоті, а камертон тут діє як вільний генератор. Отже, якщо генератор налаштований вібрувати на своїй природній частоті без впливу на нього зовнішньої сили, то він описується як вільний генератор. Коливання вільні, якщо після первинного збудження система коливає предмета на власні внутрішні сили, не застосовуючи до нього зовнішніх сил. Потім, як кажуть, суб'єкт знаходиться у вільних коливаннях. Без будь-якої зовнішньої сили, як кажуть, вільний генератор має постійну амплітуду та період. В ідеалі вільний генератор не зазнає демпфування, якщо не буде застосовано опір до вільного коливання.

Що таке примусові коливання?

Візьмемо приклад гойдалки. Коли ви натискаєте на гойдалку лише один раз, він діє як вільний генератор, який коливається на власній природній частоті без будь-яких втручань з боку зовнішньої сили. Але з часом воно перестане розгойдуватися. Але якщо ви натискаєте на гойдалку щоразу, коли вона починає сповільнюватися або досягати певної точки, вона виконує функцію вимушеного генератора і буде продовжувати коливатися, тому що піддається зовнішній силі. Отже, суб'єкт поступається зовнішній силі і коливається з постійною амплітудою і з частотою сили. Потім його коливання називають вимушеними коливаннями. У технічному плані вимушені коливання можна визначити як коливання, при яких тіло коливається з частотою, відмінною від його природної частоти, під впливом зовнішньої періодичної сили.

Різниця між вільними та вимушеними коливаннями

Визначення Free Vs. Вимушені коливання

- Вільні коливання - це коливання, що виконуються суб'єктом без дії зовнішньої сили. Вони виникають із-за пружних сил та інерційності системи. Без будь-якої зовнішньої сили, як кажуть, вільний генератор має постійну амплітуду та період. Навпаки, вимушені коливання можна визначити як коливання, при яких тіло коливається з частотою, відмінною від його природної частоти, під впливом зовнішньої періодичної сили. Зовнішня сила тут називається рушійною силою.

Приклад вільних та вимушених коливань

- Візьмемо приклад гойдалки дитячого майданчика. Коли ви натискаєте на гойдалку лише один раз, вона коливається на власній природній частоті без будь-яких втручань з боку зовнішньої сили, тому вона діє як вільний генератор. Але якщо ви натискаєте на гойдалку щоразу, коли вона починає сповільнюватися або досягає певної точки, вона продовжуватиме хитатися, оскільки зараз вона піддається зовнішній силі, тому вона діє як вимушений генератор. Інші приклади вільних коливань включають камертон, маятник тощо.

Вільні проти вимушених коливань: порівняльна діаграма

Підсумок вільних Vs. Вимушені коливання

Коротше кажучи, вільні коливання - це коливання, при яких тіло чи система коливається зі своєю природною частотою без дії зовнішньої сили. Навпаки, вимушені коливання - це коливання, при яких тіло коливається з частотою, відмінною від його природної частоти, під впливом зовнішньої періодичної сили. Вільні коливання поступово зменшуються завдяки опірним силам, які називаються демпфуючими силами, тоді як вимушені коливання зберігаються до тих пір, поки на тіло впливає зовнішня сила.