07. ВРАЩЕНИЕ И КОЛЕБАНИЯ

Вращение и колебания — это движение, которое повторяется. Карусели вращаются, маятники качаются, Земля вращается вокруг Солнца. Всё это — единый язык ритма.

Угловая скорость

При вращении тело проходит не только путь, но и угол. Угловая скорость ω показывает, на какой угол поворачивается тело за секунду.

ω = Δφ / Δt
Угловая скорость

Связь между обычной (линейной) скоростью и угловой: v = ω·R. Колесо крутится с одинаковой угловой скоростью, но точки по краю движутся намного быстрее, чем точки у оси.

Период и частота вращения

ω = 2π / T = 2π·ν
Угловая скорость через период

Колебания

Колебания — движение, повторяющееся вокруг положения равновесия. Маятник часов, струна гитары, волна на воде — всё это колебания.

Пружинный и математический маятник

T = 2π·√(m/k)
Пружинный маятник
T = 2π·√(l/g)
Математический маятник

Красота в том, что период математического маятника не зависит от массы груза и амплитуды (при малых углах). Только длина нити и ускорение свободного падения. Именно поэтому маятник — идеальный измеритель времени.

Маятник Фуко: доказательство вращения Земли

Фуко в 1851 году подвесил маятник в Пантеоне Парижа и доказал, что Земля вращается: плоскость качания маятника медленно поворачивалась относительно здания.

Резонанс

Если толкать качели в такт их собственному движению — раскачаешь до небес. Если не в такт — качели будут дико сопротивляться. Это резонанс: частота внешней силы совпадает с собственной частотой системы.

Резонанс — это мощно

Солдаты в строю ломают мост, идя в ногу с его собственной частотой. Поэтому через мосты военным приказывают идти не в ногу. А ноты, спетые высоко, могут разбить стекло: голос резонирует с бокалом.

Вынужденные и свободные колебания

Свободные возникают сами: толкнул маятник — он качается. Вынужденные поддерживаются внешней силой: маятник часов подталкивается механизмом, шасси вибрирует на неровностях. Затухание — когда энергия уходит на трение и качание прекращается всё медленнее.

← Назад: Импульс и Энергия Дальше: Звук и механические волны →