Колебания

Если к телу приложить внешнюю силу и вывести его из положения равновесия, а потом убрать силу, то под действием сил упругости, тело начнет колебаться. Силы упругости будут стремиться вернуть тело в положение равновесия и, при отсутствии препятствий (трения окружающей среды или других сил, сопротивляющихся колебаниям), колебания (с превращением потенциальной энергии в кинетическую и обратно) могут длиться бесконечно (незатухающие колебания). В общем случае, колебанием называют повторяющееся изменение в пространстве и времени. Интервал времени повторения этого изменения, называют периодом. Колебания, которые тело совершает только под действием собственных сил упругости (предоставленное самому себе), без добавление энергии, называют свободными. Физические тела обладают свойством поглощения энергии колебаний, из-за которого свободные колебания постепенно затухают. Период свободных колебаний зависит только от свойств колеблющегося тела. Если колебания происходят при отсутствии сопротивления среды или сил внутреннего трения (идеализированный случай), то свободные колебания называют собственными. Таким образом, собственные колебания тела — это его свободные колебания, которые оно совершает при отсутствии внешних сил (добавления энергии) и трения, т. е. при отсутствии сил сопротивления колебаниям во внешней среде после того, как тело начало колебаться. Это идеализированная ситуация, которую в реальных условиях получить очень сложно, однако, аналитический анализ собственных колебаний позволяет проанализировать колебания тела при любом внешнем воздействии возмущающих сил.
Если на тело действует периодически изменяющаяся во времени внешняя сила, то тело начинает совершать вынужденные колебания, постепенно увеличивая свою амплитуду, до момента, когда период колебаний тела становится равным периоду колебаний внешней силы. Максимального значения амплитуда вынужденных колебаний тела достигает при частоте колебаний внешней силы, равной собственной частоте колебаний тела. Это явление называется резонансом. При совпадении частот вынуждающая сила в течении всего периода оказывается направленной в ту же сторону, что и вектор скорости колеблющегося тела. Поэтому в течение всего периода внешняя сила совершает положительную работу, увеличивая амплитуду колебаний тела, т.е. внешняя сила передает колеблющемуся телу максимальную энергию.