Mehāniskās svārstības un viļņi.

1.att. Atsperes svārsta kustība notiek ap līdzsvara stāvokli. Viena pilna svārstība notiek periodā T. Maksimālā novirze no līdzsvara stāvokļa ir svārsta amplitūda A

Svārsta kustības laikā mainās gan ātrums, gan paātrinājums, turklāt harmoniskām svārstībām abi šie lielumi mainās sinusoidāli (2. att.). Ātrums sasniedz savu maksimālo vērtību vmax = k/mA līdzsvara stāvoklī, savukārt maksimālais paātrinājums amax = k : m . A rodas tad, ja svārstu maksimāli novirza no līdzsvara stāvokļa.

2. att.Viena perioda laikā svārsts divas reizes sasniedz maksimālo un minimālo ātruma un paātrinājuma vērtību

Atsperes svārstam periodiski mainās ne tikai ātrums un paātrinājums, bet arī kinētiskā un potenciālā enerģija (3. att.). Ja zināma svārsta masa m un ātrums v, tad kinētiskā enerģija Ek = mv2 : 2. Ja ir zināma svārsta novirze no līdzsvara stāvokļa x un atsperes stinguma koeficients k, tad potenciālā enerģija Ep = kx2 : 2. Svārstību laikā ir spēkā enerģijas saglabāšanās likums, tādēļ kopējā enerģija Ekop = Ek + Ep paliek nemainīga. Kopējā enerģija ir vienāda ar maksimālo potenciālo enerģiju jeb potenciālo enerģiju stāvoklī, kad svārstam ir maksimāla novirze no līdzsvara stāvokļa Ekop = k . A2 : 2

3.att. Svārstību pilnā enerģija paliek nemainīga, bet, līdzīgi kā ar ātrumu un paātrinājumu, kinētiskā un potenciālā enerģija viena perioda laikā divas reizes sasniedz savu minimālo un maksimālo vērtību

Atsperes svārsta mehānismu var izmantot dažādos tehnoloģiskos risinājumos, piemēram, automašīnas amortizācijas sistēmā, tomēr pastāv iespējas to izmantot arī izklaidējošos nolūkos, piemēram, 4. att. redzama viena no bērnu zinātnes centra Zinoo atrakcijām, kurā bērni var iejusties atsperes svārsta ādā.

4.att. Pie bērnu zinātnes centra Zinoo telpām atrodama atrakcija, kurā bērns var izbaudīt gan horizontālu, gan arī atsperes svārsta cienīgu vertikālo kustību

Kas jādara, lai divkāršotu atsperes svārsta svārstību amplitūdu?

Divas reizes jāpalielina tā enerģija
Divas reizes jāpalielina stinguma koeficients k, nemainot enerģiju
Četrais reizes jāpalielina enerģija
Četras reizes jāpalielina stinguma koeficients k, nemainot enerģiju