Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы | страница 2
Отчего же возникают колебательные движения? Попробуем разобраться в этом хотя бы в самых общих чертах.
Вы тронули гитарную струну и передали ей некоторую порцию энергии. Мы часто производим подобную передачу энергии, например, когда вращаем педали велосипеда, передвигаем по столу книгу или ударяем ногой по футбольному мячу. И всякий раз отданная нами энергия расходуется на какое-нибудь важное дело — на создание тепла, на борьбу с трением или сопротивлением воздуха. Одним словом, энергия сразу находит своего главного потребителя, который в основном ее и поглощает.
Иначе обстоит дело с натянутой струной. Здесь имеется сразу несколько главных потребителей энергии, причем два из них представляют для нас особый интерес — именно они заставляют струну совершать колебательные движения.
Когда мы оттягиваем струну, отводим ее от условной средней линии (рис. 1), то, естественно, затрачиваем на это какую-то энергию. Ее сразу же захватывает первый потребитель, чтобы превратить в так называемую упругую деформацию. Явление это связано с изменением внутренней структуры вещества, с его упругостью.
Рис. 1.В процессе свободных колебаний струны энергия упругой деформации переходит в кинетическую энергию, которая затем опять переходит в энергию упругой деформации, и т. д. При этом струна отклоняется то в одну, то в другую сторону и изменяется скорость движения струны.
Когда мы сгибаем (деформируем, то есть изменяем форму) стальную пружину или сжимаем (деформируем) резиновый мяч, то затрачиваем свою энергию именно на то, чтобы преодолеть силы внутренней упругости. Но затраченная энергия не уходит безвозвратно. Упругое тело, как только у него появится возможность, вернется в первоначальное состояние и почти полностью отдаст полученную энергию.
Лучше всего это видно на примере обычных часов. Заведенная пружина запасает определенную порцию энергии, а затем постепенно отдает ее, вращая многочисленные шестеренки часового механизма. Таким же образом ведет себя и упругая струна: она не потребляет, а лишь накапливает энергию и при первой возможности возвращает ее обратно. Возвращает, но кому?
Спортсмен, который обычно прыгает в длину на 7–8 м, едва перепрыгнет 3–4 м, если его лишить возможности предварительного разбега, заставить прыгать с места. Дело в том, что при разбеге спортсмен создает некоторый запас энергии, который в момент прыжка добавляет к силе своих мускулов.
Физика весьма точно определяет этот запас: это не что иное, как кинетическая энергия, которой обладает любое движущееся тело, в том числе и бегущий человек. Чем больше масса тела и скорость его движения, тем больше запас кинетической энергии. Это хорошо поймет тот, кому приходилось, разогнав велосипед, долгое время катиться по инерции. Шоферы хорошо знают, что, чем больше скорость автомобиля и чем больше он нагружен, тем труднее его остановить.
