С Е М И Н А Р N 7
БИЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ
По биениям колебаний существует достаточно много демонстраций. У нас на кафедре наибольшей популярностью пользуется самая надежная из всех, которые мы пробовали показывать на занятиях.
Один конец стержня длиной примерно 50 см закрепляем в подшипнике. Перпендикулярно к его середине привариваем ( или вкручиваем ) стержень такой же длины, но потоньше. К концу этого стержня прикрепляем массивный груз. У нас это латунный диск диаметром 10 см. На конце толстого стержня делаем два толстых крючка на расстоянии 4 см друг от друга вдоль стержня. На прочной мягкой нити к крючкам подвешиваем более легкий груз. У нас это пластмассовый шарик. Длина нити регулируется простым наматыванием ее на крючки. Подшипник с маятниками закрепляем в какой-нибудь опоре. У нас это специальный штатив.
Тяжелый маятник отклоните на угол 30 градусов. Он будет долго колебаться с собственной частотой практически по гармоническому закону.
Длину легкого маятника сделайте немного отличной от длины тяжелого маятика. Успокойте маятники. Отклоните тяжелый маятник. Легкий груз начнет постепенно раскачиваться до максимальной амплитуды, а затем его отклонения начнут уменьшаться. В некоторый момент он вообще остановится, немного постоит и начнет снова раскачиваться. Наша установка дает очень наглядную картину биений колебаний.
ЗАМЕЧАНИЕ. Обычно биения колебаний объясняют на примере сложения двух колебаний с близкими частотами. Однако большинство механических демонстраций на эту тему в принципе демонстрирует не сложение колебаний, а нечто другое. Так, в описанной демонстрации биения демонстрируются на примере легкого маятника с подвижной точкой подвеса. Движение крючков, на которых подвешен легкий маятник, задается гармоническим движением тяжелого маятника. Если говорить строго, то задача о движении маятника с подвижной точкой подвеса отличается от задачи на сложение двух колебаний одного направления. Однако в методической литературе на это различие внимание не обращается, в чем, вообще говоря, может быть определенный резон.