Перетворення енергії при механічних коливаннях

При коливальному русі кінетична енергія перетворюється на потенціальну і навпаки періодично. У крайніх положеннях, коли відхилення тіла дорівнює амплітуді, кінетична енергія дорівнює нулю, а потенціальна – буде максимальною. Коли тіло проходить положення рівноваги, максимальною буде кінетична енергія, а потенціальна – дорівнює нулю. За законом збереження механічної енергії, максимальне значення кінетичної енергії дорівнює максимальному значенню потенціальної енергії.

Але в реальних умовах завжди існують сили тертя, які зменшують механічну енергію системи, перетворюючи її на внутрішню. Вільні коливання не можуть існувати вічно, поступово їхня амплітуда зменшується, коливання затухають.

Коливання, амплітуда яких із часом зменшується, називаються затухаючими.

Для того щоб коливання не затухали, необхідно поповнювати втрати енергії на тертя за кожний період коливання. Для цього використовують зовнішню періодичну силу.

Вимушеними називають коливання, які виконуються тілом під дією зовнішньої змушуючої сили, яка періодично змінюється з часом. Ці коливання відбуваються з частотою змушуючої сили.

Особливо цікавим є випадок, коли частота вимушених коливань співпадає з частотою власних коливань системи. При цьому спостерігається різке зростання амплітуди коливань. Це явище називають резонансом. Резонанс може бути корисним, а може бути й шкідливим, навіть небезпечним явищем. Вухо людини сприймає звуки внаслідок резонансу коливань у вушній раковині, у радіотехніці за допомогою резонансу відокремлюють сигнал певної радіостанції від інших. Але резонанс може привести й до руйнування будівель та споруд, він небезпечний при роботі будь-яких машин, у яких є частини, що обертаються або періодично рухаються.