Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жүйенің бұрыштық жиілігі оның табиғи тербеліс жиілігімен сәйкес келгенде
When the angular frequency of a system matches its natural vibrational frequency
Физикада, айналу-вибрациялық байланыс жүйенің айналу жиілігі ішкі тербелістердің табиғи жиілігіне жақын немесе тең болған кезде пайда болады. Оң жақтағы анимацияда серіппе күші мен айналу центрінен арақашықтық үйкеліссіз бірге сызықты түрде өседі, бұл идеалды қозғалысты көрсетеді. Айналу-вибрациялық байланыста бұрыштық жылдамдық тербеледі. Айналмалы массаларды бір-біріне жақындату арқылы серіппе өзінің жинақталған кернеу энергиясын айналмалы массалардың кинетикалық энергиясына ауыстырады, осылайша олардың бұрыштық жылдамдығын арттырады. Серіппе айналмалы массаларды бірге жақындата алмайды, себебі айналмалы массалар жақындаған сайын серіппе тарту күші әлсірейді. Бір мезгілде айналмалы массалардың бұрыштық жылдамдығының артуы серіппе тарту күшін жеңіп, айналмалы массалардың бір-бірінен алшақтауына себеп болады. Бұл серіппені кернеуге түсіріп, оның тартуын күшейтеді және айналмалы массалардың кинетикалық энергиясын серіппе кернеу энергиясына ауыстырады, осылайша айналмалы массалардың бұрыштық жылдамдығын төмендетеді. Бір кезде серіппе тарту күші айналмалы массалардың бұрыштық жылдамдығын жеңіп, цикл қайта басталады. Вертолет құрылысында вертолеттерде демпферлік құрылғылар болуы керек, өйткені белгілі бір бұрыштық жылдамдықтарда роторлық қанаттардың тербелісі айналу-вибрациялық байланыс арқылы күшейіп, катастрофалық жағдайға әкелуі мүмкін. Демпфер болмаса, бұл тербелістер роторлық қанаттардың бұзылуына себеп болар еді.
In physics, rotational–vibrational coupling occurs when the rotation frequency of a system is close to or identical to a natural frequency of internal vibration. The animation on the right shows ideal motion, with the force exerted by the spring and the distance from the center of rotation increasing together linearly with no friction. In rotational vibrational coupling, angular velocity oscillates. By pulling the circling masses closer together, the spring transfers its stored strain energy into the kinetic energy of the circling masses, increasing their angular velocity. The spring cannot bring the circling masses together, since the spring's pull weakens as the circling masses approach. At some point, the increasing angular velocity of the circling masses overcomes the pull of the spring, causing the circling masses to increasingly distance themselves. This increasingly strains the spring, strengthening its pull and causing the circling masses to transfer their kinetic energy into the spring's strain energy, thereby decreasing the circling masses' angular velocity. At some point, the pull of the spring overcomes the angular velocity of the circling masses, restarting the cycle. In helicopter design, helicopters must incorporate damping devices, because at specific angular velocities, the rotorblade vibrations can reinforce themselves by rotational vibrational coupling, and build up catastrophically. Without damping, these vibrations would cause the rotorblades to break loose.
Энергияны қайта өңдеу
Оң жақтағы анимация бұрыштық жылдамдықтың тербелісін нақтырақ көрсетеді. Бұл гармониялық тербеліске өте ұқсас. Гармониялық тербеліс орталық нүктеде болғанда, жүйенің барлық энергиясы кинетикалық энергия болып табылады. Ал гармониялық тербеліс орталық нүктеден ең алыс нүктеде болғанда, жүйенің барлық энергиясы потенциалдық энергия болып табылады. Жүйенің энергиясы кинетикалық және потенциалдық энергия арасында үздіксіз алмасып отырады. Екі айналатын массаның анимациясында кинетикалық және потенциалдық энергияның алға-артқа тербелісі байқалады. Серіппе ең көп созылғанда потенциалдық энергия ең жоғары болады, ал бұрыштық жылдамдық ең жоғары болғанда кинетикалық энергия ең жоғары болады. Шын серіппеде үйкеліс болады. Шын серіппеде тербеліс өшеді және соңында массалар серіппенің тұрақты кернеуімен бір-бірін тұрақты қашықтықта айналып өтеді.
The animation on the right provides a clearer view on the oscillation of the angular velocity. There is a close analogy with harmonic oscillation. When a harmonic oscillation is at its midpoint then all the energy of the system is kinetic energy. When the harmonic oscillation is at the points furthest away from the midpoint all the energy of the system is potential energy. The energy of the system is oscillating back and forth between kinetic energy and potential energy. In the animation with the two circling masses there is a back and forth oscillation of kinetic energy and potential energy. When the spring is at its maximal extension then the potential energy is largest, when the angular velocity is at its maximum the kinetic energy is at largest. With a real spring there is friction involved. With a real spring the vibration will be damped and the final situation will be that the masses circle each other at a constant distance, with a constant tension of the spring.
Бұрыштық импульстің сақталуы
"Энергияны түрлендіру" деген бөлімде, энергия түрлендіру динамикасы энергияны бақылау арқылы қарастырылады. Қысылу кезінде бұрыштық жылдамдықтың артуы бұрыштық импульстің сақталу принципіне сәйкес келеді. Айналатын салмақтарға әсер ететін момент болмағандықтан, бұрыштық импульс сақталады. Дегенмен, бұл себептік механизмді ескермейді, яғни созылған серіппе күшін және оның жиырылуы мен созылуы кезінде атқарылған жұмысты. Сол сияқты, зеңбірек атқанда, оқ оқтан нысанаға қарай ұшып шығады, ал зеңбірек кері серпиді, бұл импульстің сақталу принципіне сәйкес келеді. Бірақ, оқ зеңбірек кері серпуінің нәтижесінде жоғары жылдамдықпен ұшып шығады деген сөз емес. Зеңбірек кері серпуі Ньютонның үшінші заңына сәйкес болуы керек, бірақ ол себепші фактор емес. Себептік механизм энергияның түрленуінде: оқ-дәрінің жарылысы потенциалдық химиялық энергияны жоғары қысылған газдың потенциалдық энергиясына айналдырады. Газ кеңейгенде, оның жоғары қысымы оққа да, зеңбірек трубкасының ішкі қабырғасына да күш түсіреді. Осы күштің әсерінен потенциалдық энергия оқ пен зеңбірек трубкасының кинетикалық энергиясына айналады. Айналмалы тербелістік байланыс жағдайында себепші фактор – серіппе күші. Серіппе жұмыс істеу мен кері жұмыс істеу арасында ауысады. (Күш бағыты қозғалыс бағытына қарама-қарсы болғанда жұмыс теріс деп есептеледі.)
In the earlier section titled 'Energy conversions', the dynamics is followed by keeping track of the energy conversions. The increase of angular velocity on contraction is in accordance with the principle of conservation of angular momentum. Since there is no torque acting on the circling weights, angular momentum is conserved. However, this disregards the causal mechanism, which is the force of the extended spring, and the work done during its contraction and extension. Similarly, when a cannon is fired, the projectile will shoot out of the barrel toward the target, and the barrel will recoil, in accordance with the principle of conservation of momentum. This does not mean that the projectile leaves the barrel at high velocity because the barrel recoils. While recoil of the barrel must occur, as described by Newton's third law, it is not a causal agent. The causal mechanism is in the energy conversions: the explosion of the gunpowder converts potential chemical energy to the potential energy of a highly compressed gas. As the gas expands, its high pressure exerts a force on both the projectile and the interior of the barrel. It is through the action of that force that potential energy is converted to kinetic energy of both projectile and barrel. In the case of rotational vibrational coupling, the causal agent is the force exerted by the spring. The spring is oscillating between doing work and doing negative work. (The work is taken to be negative when the direction of the force is opposite to the direction of the motion.)