Вынужденные колебания. Резонанс.

Верхняя точка пружинного маятника, помеченная красным кругом, совершает вертикальные движения (это можно делать, например, вручную). Движение, описываемое функцией синус (косинус), называется гармоническим. Колебания, вызванные внешней силой, называются вынужденными колебаниями.

Кнопка «Сброс» возвращает пружинный маятник в начальное положение. Можно запустить, остановить или продолжить движение кнопкой «Старт»/«Пауза»/«Продолжить». Если выбрать опцию «Замедленное движение», маятник будет двигаться в пять раз медленнее. Коэффициент жесткости пружины, масса груза, коэффициент трения и угловая частота внешней силы могут быть изменены в некоторых пределах. Кроме того, используя соответствующие переключатели, можно выбрать одну из трех диаграмм:

• перемещения точки приложения внешней силы и маятника как функция времени;
• амплитуда колебания маятника в зависимости от угловой частоты внешней силы;
• разность фаз между внешней силой и колебаниями маятника в зависимости от угловой частоты внешней силы.

В целом вы можете наблюдать три различных режима колебаний:

• Если частота внешней силы мала, то верхняя точка пружинного маятника перемещается очень медленно. При этом маятник будет колебаться почти синхронно с ней и почти с той же самой амплитудой.
• Если частота внешней силы приближается к собственной частоте пружинного маятника, то колебания маятника будут резко возрастать. Это явление называется резонансом. При этом колебания маятника сдвинуты приблизительно на четверть периода по сравнению с внешней силой.
• Если частота внешней силы очень высока, то маятник будет колебаться с очень маленькой амплитудой и противоположной фазой.

Если коэффициент затухания мал, то будут наблюдаться переходные явления. В этом случае необходимо выждать некоторое время, чтобы упомянутые режимы колебаний проявились.