Колебания и резонанс

В природе мы очень часто встречаемся с колебаниями. Морские волны и звук скрипки, движение атомов и луч лазера - всё это колебания. У всех этих явлений есть общие закономерности, так что на языке математики описания совершенно различных колебательных процессов не отличаются друг от друга. Изучением этих общих закономерностей занимается теория колебаний.

Современная теория колебаний, составляющая основу радиофизики, сложна. Мы познакомимся лишь с некоторыми ее положениями. Вот как записывается простейшее синусоидальное колебание:

Под s в радиофизике понимается любая электрическая величина: напряжение, сила тока, заряд, напряженность электрического или магнитного поля и т. п.; s — мгновенное значение любой из перечисленных величин. Например, в момент времени t₁ это значение равно s₁=A*sinwt₁, в момент времени t₂: s₂ = A*sinwt₂ и т. д. Если построить график изменения величины s во времени, мы получим синусоиду.

Величины А и w в нашей формуле остаются неизменными : А — амплитуда колебания, максимальное значение, которого может достигнуть величина s;

со — угловая частота.

где f — частота колебаний, а Т — их период, т. е. время, за которое совершается одно полное, колебание. (В других статьях этого тома вы встретитесь с иным обозначением частоты — буквой v, но в радиофизике и радиотехнике чаще пользуются для обозначения частоты буквой f.)

Колебание можно усилить, т. е. увеличить его амплитуду или мощность. Его можно модулировать по амплитуде или частоте, заставляя А или со меняться в соответствии с изменениями передаваемого сигнала.

Детектирование, или демодуляция, позволяет выделить из модулированного колебания тот закон, по которому оно было промодулировано, т. е. выделить передаваемый сигнал. Можно преобразовать колебание, например понизить или повысить его частоту. И наконец, при наличии колебаний можно наблюдать и использовать резонанс.

Без учета резонанса нельзя проектировать мосты и гавани, строить дома и самолеты, без его использования нельзя конструировать радиоприемники, телевизоры, лазеры, музыкальные инструменты и многое-многое другое.

В мире ежегоднр издаются десятки тысяч научных журналов. Если вы возьмете наугад любой из них: физический, химический, биологический — и полистаете его, вы наверняка встретитесь с описаниями различных резонансных явлений. Столь всеобщий характер колебательных и резонансных процессов напоминает о глубокой взаимосвязи всех явлений природы.

перейти к началу страницы