Опыт 7.

«Автоколебания».

 Автоколебания — незатухающие колебания в динамической системе с нелинейной обратной связью, поддерживающиеся за счёт энергии постоянного,  периодического внешнего воздействия.

Автоколебания отличаются от вынужденных колебаний тем, что последние вызваны периодическим внешним воздействием и происходят с частотой этого воздействия, в то время как возникновение автоколебаний и их частота определяются внутренними свойствами самой автоколебательной системы.

Термин автоколебания в русскоязычную терминологию введён А. А. Андроновым в 1928 году.

  На рис.1. изображен блок схема автоколебательной системы. Она состоит из колебательной системы ( в данном случае маятника), источника энергии, ключа и положительной обратной связи. Во время колебаний в колебательной системе теряется энергия на трение, сопротивление воздуха и т.д. Для пополнения энергии в колебательной системе  используется источник энергии. Энергия в колебательную систему от источника энергии подается через ключ. Чтобы это произошло, колебательная система в определенный момент времени,  с помощью элемента обратной связи подает сигнал на ключ. Ключ открывается,  и часть энергии от источника энергии через него подается на колебательную систему.                             

     Рис.1.

. Опыт.  Рассмотрим автоколебательную систему в маятниковых часах ( ходиках) ( рис.2).

 Она состоит из маятника с чечевицей на конце. Передвигая чечевицу вдоль стержня, на котором она находится, можно изменять в небольших пределах период колебаний маятника.

   На верхнем конце маятника находится анкерный механизм с двумя палеттами (зубцами). К корпусу автоколебательной системы приделано ходовое колесо с кривыми зубьями. На оси этого колеса находится шестерня с зубьями, на которые одевается цепь.

    К одному концу цепи подвешена гиря, которая является источником энергии, потому что в поднятом состоянии она обладает потенциальной энергией.

   Если качнуть маятник вправо, то правая палетта ( см. рис.) освобождает зуб анкерного колеса, а левая палетта нажимает а ближайший зуб анкерного колеса, при этом  гиря опускается и часть энергии передается маятнику.

Анкерный механизм изобретён около 1660 года Робертом Гуком,

Проблема. Почему маятник с анкерным механизмом совершает незатухающие колебании ?

Ответ. Незатухающие колебания происходят, потому что потери энергии маятника компенсируются уменьшением потенциальной энергии гири.

На практике существует много разных анкерных механизмов, предназначенных для работы в самых различных механических часах.         

  Рис.2.