Nazariy fizika kursi
Download 132.13 Kb. Pdf ko'rish
|
<0> 12. U ( r ) - - m a y d o n d a R m a so fa d a n m a r k a z g a tushish va q tin i r toping. Zarrachaning boshlang'ich tezligi nolga teng. 13. Cheksizjikdan и tezlik va p nishon p a ra m e tri bilan m, m assali za r r a c h a m 2 m a s s a li q o 'z g 'o lm a s d a n turgan za rra c h a g a tu shm oqda. Ular 78 orasidagi o'zaro ta'sir potensiali U(r) = air" , a > 0 ■ Z arrachalar orasidagi eng kichik masofani toping. 14. Boshida qo'zg'olmasdan turgan m massali zarrachaga huddi sh unday massali zarracha cheksizlikdan v tezlik bilan tushmoqda. Zarrachalarning o 'za r o po te n sia li \J = a h " , to'qnashish — m a r k a z iy . Tushayotg an z a r r a chaning to 'xtash nuqtasini toping. cx /3 15. U{ r ) = ------ 1 - — . a . p > 0 m ay d o n d a zarrachaning trayektoriyasini r r- toping. Perigeliyni ( r = r nuqtami) k e tm a -k e t o'tilgandagi burchak f arqi A(p ni toping. R adial tebranishlar davri Tr va to'liq aylanish d avri T0 ni toping. Trayektoriya yopiq bo'lishi uchun q a n d a y shart bajarilishi kerak? 4 -bob. K I C H I K T E B R A N I S H L A R 4 .1 . B ir o ‘lchamIi sistem alar T ebranishli h a ra k a t qilishi m u m k i n b o 'lg a n fizik siste m alarn in g soni ko'p. Bu siste m alar b ir-b irid a n q a n c h a farq qilishidan q a t ’i n a z a r u lard a r o ‘y b e ra d ig a n k ich ik tebranishlar deb atalgan te b r a n is h l a r j u d a keng ta rq a lg a n b o ‘lib, u i a r n i n g m a te m a t i k nazariyasi h a m m a siste m alar u c h u n h am b ir xildir. M a n a shu n azariyani o 'r g a n is h g a o'tavlik. Bizga m a ’lum bir potensial m a y d o n U(q) d a h a r a k a t qilayotgan erkinlik darajasi birga ten g b o 'l g a n b ir fizik sistem a berilgan bo'lsin. U ( q ) p otensial m a y d o n q() n u q t a d a m in i- m u m g a ega bo'lsin , y a ’ni U ' ( q ()) = 0 . U ' ( q a ) > 0 , (4.1) bo'lsin . A gar potensial energiyani sh u n u q ta a t r o f id a q a t o r g a yoyib q a t o r n i n g f a q a tg in a kvadratik hadig in a qoldirilsa U ( q ) ^ U ( q{)) + ^ ( q ~ 4[)y U" ( q{s) + - (4.2) form ulaga ega b o 'la m iz . K ic h ik te b ra n ish la r yaqinlashuvi m a n a shu yaqinlash u v g a m os keladi. Q u laylik u c h u n q—q = x d eb belgilaylik. K inetik e ne rgiyani h a m shu y a q in la s h u v d a olinadi: 'r = \ o ( q ) q 2 (4.3) ( u [ q 0 ) ~ m deb olindi). N a ti j a d a siste m an in g Lagranj funksiyasi L = ^mx2 - ^ k x 2 (4.4) k o 'r m i s h n i oladi, b u y erd a U " ( q 0 ) = k belgilash h a m kiritildi. H a ra k a t teng lam asin i topish qiyin em as: U(q) 4 Q0 4.1- rasm. Muvozanat nuqtasi atrofidagi kichik tebranish. 80 mx + kx = 0. (4.5) Bunday tenglam a erkin tebranishlar tenglamasi deyiladi. B a ’zi bir hollarda uni garmonik ossilator tenglamasi h am deyiladi. K o'p in c h a uni ,2. - ^ x + 0 ) x — 0 , co = /— (4.6) V m ko 'rin ish g a keltirib olish qulaydir. K ichik teb ra n ish la rn in g ((4.2) va (4.4) -yaqinlashuvning) m a ’nosi endi tushunarli b o ‘ldi - bu y aq in - lashuvda harakat tenglamasi chiziqli tenglama b o ‘!ar ekan. Shu sababdan kichik teb ra n ish la r k o 'p i n c h a chiziqli tebra n ish la r h a m deyiladi. Bu ten g la m a n in g u m u m iy yechim i x(/) = C| COS (tit + c2 sin 0)1 (4.7) k o 'rinishga ega. K o 'r in ib turibdiki, vaqt At = 2n/ (o qiym atga o ‘zgar- g a n d a yechim o 'z in in g eski qiymatiga qaytib keladi: x ( t + At) = x { t ) , (4.8) d e m a k , (4.4) ko'rinishdagi Lagranj funksiyasiga ega bo 'ig an sistem a 2 ^ c h a sto ta bilan g arm o n ik tebranishli h arak at qilayotgan sistem a ekan. O d a td a , , (o ni esa siklik chastota deyiladi. Lekin, k o 'p in c h a , ш ni chastota deb h a m ketilaveradi, biz h a m sh u a t a m a d a n foydalanamiz. M asa la d a b o s h lan g 'ich sh artlar bo'lishi kerak — x ( 0 ) = x 0, i ( 0 ) = u 0. K o ‘rinib turibdiki, n o m a ’lu m c r c, lar m a n a shu boshlang‘ich holat x{) va boshlangHch tezlik v(l orqali ifodalanadi: C i = A „ , C l - . (4.9) 10 Y e c h im fizikaviy kattaliklar orqali ifodalandi: * ( / ) = x0 cos ( 4 . 1 0 ) 0) (4.7) y e c h im n i bir m u n c h a hollar u c h u n qulayroq b o ‘lgan k o ‘rinishga keltririb olish u c h u n c ^ a c o s a , c , = a s i n a alm ashtirish bajaraylik (ikkita n o m a ’lum с c2 larn in g o 'r n i g a ikkita yangi n o m a ’l u m la r — a ,a kiritildi). N a tijada x(t) = « c o s (out + a ) (4.11) 6 — N a z a r i y m e x a n i k a 81 f o r m u l a o l i n a d i . P a y d o b o ' l g a n a — tebranish am plitudasi , cot + a — tebranish fa za si v a a — boshlang‘ich fa za d ey ila d i. T e b r a n i s h e n e r g iy a s i n i to p a y lik : „ . dL , m / . -> 1 i i „ E = x — — L = — ( x + CO" x J = — ma CO" . (4 .1 2 ) 4.1.1 -rn isol. Matematik mayatnik. (1.104) va (1.1 05) tenglamalar orqali biz matematik mayatnikni kiritgan edik. Bu tenglamalar kichik tebranishlarga m os kelmaydi, kichik tebranishlarni olish u chun (1.1 04) Lagranj funksiya- sida cos сp ni barqaror muvozanat nuqtasi 0 atrofida kvadratik hadgacha qatorga yoyib cp2 cos(p = 1 - — + ( 4 .1 5 ) o'zgarmas son mgl ni Lagranj funksiyasidan tashlab yuborib, quyidagi Lagranj funksiyasiga o ‘tish kerak: m l 2 , 2 mgl 7 , , 1 Л L = — (4-16) M o s kcluvchi harakat tenglamasini keltirib chiqarish qiyin em a s (uni (1.105) dan sin (p + w 2(p = 0, со2 = . (4.17) Ko'rinib turibdiki, chastota ш tebranish amplitudasiga b o g ‘liq em as, bu — kichik ( c h iziq li) tebranishlarning eng m u h im xossasi. Tebranishlar davri T = — = 2 n \ - ( 4 Л 8 ) 2rc i 1 » m4 l faqat mayatnik osiigan ipning uzunligiga b o g i i q ekan. Masalan, mayatnikning davri bir sekundga teng b o i s i n desak uning uzunligi I = g / { A n 2 j = 25 sm bo'lish i kerak. 4 . 1 .2 . - m i s o t . G u y g e n sn in g sikloidal izoxron mayatniki ( 4 .2 - c rasmga qarang). Bu m ayatnik ka osib q o'y ilgan massa m ning harakati sik loid a bilan chegaralangandir: .v = / ( у = / ( l + co s(p ). (4.1 9) Sistem anin g Lagranj funksiyasini topaylik. Kinetik energiya: 82 (4.20) Potensial energiya U = —mgl cos (p. (4.21) Masalaga mos keluvchi o'zgaruvchiga o'tavlik. Kerakli o ‘zgaruvchini ko'rish u chun kinetik hadga nazar tashlaylik: ni tanlab olinsa va potensial cnergiyadan o ‘zgarmas sonni ajratib tashlab yuborsak Lagranj funksiyamiz quyidagi ko'rinishga keladi: 4 .1 .3 -m is o l. (4. l)-shartlarga qaytaylik. Quyidagi potensial maydondagi kichik tebranishlar masalasini ko'raylik: M u vozan at holatlarini U ' [ q ) - 0 shartga m os keluvchi kq + / 3 q * = Q tenglamadan topish m um kin. Agar к > 0 bo'lsa bu ten glam an in g haqiqiy son lar so h asid a bitta y e c h i m i bo'ladi: qu = 0. Bu h olga m o s k elu vch i grafik 4 .2 -a rasmda ko'rsatilgan. Agar к < 0 bo'lsa bu ten glam an in g uchta y e c h im i bor: U lar 4 . 2 -r a s m d a k o'rsatilgan. K o'r in ib turibdiki, q() nuqta turg'un muvozanat nuqtasi emas, bu nuqta atrofida tebranib bo'lm aydi, bu nuqtadan ozgina siljigan massa o'n g yoki chap o'ralarga tushib ketishi kerak. Bu - ,2 ■ 2 2 о ,2 ( d 2 ml sin —ф - ъ т 1 — cos — 2 [ d t 2 (4.22) / Ko'rinib turibdiki, yangi o'zgaruvchi sifatida у = cos — L = Hml~’y / 2 —2 mgly/' ■ (4.23) Harakat tenglamasi: (4.24) (4.25) 83 о х lokal m aksim um nuqtasi, bu nuqtada U " ( q 0 ) < 0 . Tebranish chastotasining kvadrati u c h u n m anfiy bo'igan U', (qti) = - \ k \ i m q iy matga egam iz . q { , nuqtalarda esa f/'(0 ) > 0 , bu nuqtalar lokal m in im u m nuqtalari. Agar jismning energivasi manfiy E < 0 bo'lsa (albatta, E > U mm = ------ bo'lishi 4 p ham kerak) u mana shu m inimumlar atrofida tebranuvchan harakat qilishi m u m k i n . B u n u q t a l a r a t r o f i d a g i k i c h i k t e b r a n i s h c h a s t o t a s i m . Shu m aydon da tebranayotgan va to'liq energiyasi manfiy bo'igan m oddiy nuqta shu ikkala m in im u m n in g birida fin it harakat qilishi kerak. Qaysi birida? Agar sistemada к >0 - * k < 0 o'tish ro'y bersa k = 0 nuqta o'tilayotganida sistema yoki chap yoki o'n g o'raga tushib ketadi, «Qaysi biriga?» d egan savolga javob berib b o 'lm a y d i, ikkala m in i m u m simmetrik joylashgan va bir xil qiymatga ega. Faraz qilavlik, bu q^ nuqta bo'isin . Agar siste m a m an a shu nuqta atrofida teb ranayotgan bo'lsa harakat tenglamalarining shunga mos keluvchi yechimi q ( t ) = q2 +acos,(a>1t + a ) (4 .2 6 ) bo'Iadi. P otc n sial U ( q ) = U(—q) sim rnctriyaga ega bo'lgan ligiga qaramay y echim bu simmetriyaga ega emas. 4 .2 . M ajburiy tebranishlar 4 .2 .1 . Umumiy nazariya T u r g ‘u n m u v o z a n a t holati atro fid a kichik tebra nish bilan h a ra k a t qilayotgan jism g a tashqi k uch t a ’sir qilayotgan bo'isin. B u n d a y m asala m ajburiy tebranishlar m asalasi deyiladi. A lbatta, tashqi k u c h n i h a m 84 k ic h ik d e b q a r a s h kerak, a k s in c h a , u n in g t a ’siri o s tid a te b r a n i s h a m p litu d a s i k a tta b o 'lib k e tis h i, va sh u n g a k o 'r a , k ich ik tebra nish y a q in la sh u v d a n chiqib ketish m um kin. M asa la n i a n iq ro q tushinish u c h u n k o 'z oldim izga Yer tortishish m a y d o n id a kichik tebranayotgan zaryadlangan m a y atnikni keltirishimiz m u m k in . S h u m ay atn ik k a tashqi (kuchli b o 'lm a g a n ) elek tr m a y d o n i t a ’sir qilay o tg an b o 'lsin (bir o 'l c h a m l i sistem alar h a q id a gap k etar e ka n, u sh b u elektr m a ydoni h a m q o 'q i bo 'y lab y o 'n a lg a n bo'lishi k erak). T u sh u n a rlik i, bu tashqi k u c h t a ’sirida m a y a tn ik n in g tebra - nishlari h a m o'z garadi. Tashqi k u c h u m u m iy h o id a vaqtga bog'liq b o 'lis h i m u m k i n (yuqoridagi m is o ld a elek tr m a y d o n o 'z g a r u v c h a n b o'lishi m u m k in ). K u c h n in g kelib chiqishini tashqi potensiai m a y d o n bilan b o g ia y lik . Shu potensiai m a y d o n n i q atorga voyaylik: U T ( x, i ) = U T ( 0 j ) + xU'T ( 0 , / ) + ... (4.27) C h iz iq li y a q in la sh u v g a m o s kelish u c h u n tash q i p o te n s ia ln in g yoyilm asida b o 'y ic h a chiziqli h ad n ig in a qoldirildi. U m u m i y t a ’rif b o ' y i c h a —d U / d x i f o d a k u c h n i b i l d i r a r e d i , s h u s a b a b d a n - l l j ( 0 j ) = F(t) tashqi ku ch g a m os keladi. (4.27) dagi birinchi h ad faqat v a q tn in g funksiyasi b o'lgani u c h u n Lagranj funksiyasidan uni tashlab yubora m iz . N atijada sistem aning Lagranj funksiyasi L = -^mx2 - ~ m x 2 + xF (t) (4.28) k o 'rin ish g a ega bo'ladi. H a ra k a t teng lam asin i yozib olam iz; mx + k x = F ( t ), (4.29) yoki F(r) x + co' x = —— . (4.30) m A gar bir jinsli ten g la m a n in g y ec h im in i ,rn ( r ) = C, COS (Dt + c2 s i n (Dt ( 4 . 3 1 ) deb belgilab olib (4.30) ga o'z garm aslarni variatsiyalash m etodi qo'llansa quyidagi y e c h im olinadi (x 0 (r) ni y a n a (4.11) k o 'r in is h d a olam iz): x ( r ) = x n ( r ) + Xj ( ; ) = a cos (ax + a ) + ------[ J r / r ( T ) s i n ( a i ( / - T ) ) . M 32 ) m /ll V • / 85 F o r m u l a n i tu sh u n ish u c h u n uni xususiy hollarga q o 'lla b k o 'ris h kerak. 4 .2 .2 . Tashqi kuch o ‘zgarmas b o‘Igan hoi Birinchi xususiy hoi sifatida tashqi k uch o 'z g a rm a s b o 'l g a n h o ln i ko'raylik: F (/) = F0. (4.32) f o r m u l a d a n k o 'r in ib turibdiki, b u h o l d a tebranuvchi sistem aning eng asosiy xarakteristikasi - tebranish chastotasi o 'z g a r m a y d i . M isol sifatida 4 .3 -ra s m d a ko'rsa tilg an sistem ani olib ko 'ray lik . B u y erda tashqi k u c h — gravitatsion m ay d o n . K o o rd in a ta o 'q i x yu q o rig a q a r a g a n deylik, x = 0 n u q ta sis te m an in g pastdagi u la n g a n n u q tas i bo'lsin . Bu h o ld a s iste m a n in g Lagranj funksiyasi L = - 2 - k ( x - i ) - mgx (4.33) b o 'la d i. A x a m iv a t b e rin g , bik irlik k o effitsiye nti к ning o l d i d a 1/2 k o ' p a y t u v c h i y o 'q , sab a b i — m a s s a m i z g a t a ’sir q ila y o tg a n e la s tik k u c h ikki t o m o n d a n t a ’sir q ila y a p ti — p a s t d a n va y u q o r i d a n . A g a r ta s h q i g ra v ita tsio n m a y d o n b o 'l m a s a s i s te m a n i n g b a r q a r o r m u v o z a n a t n u q tasi x ()= / b o 'l g a n b o 'l a r edi. T a s h q i m a y d o n t a ’sirida esa s i s te m a n i n g m u v o z a n a t n u q ta s i siljiydi: ;> к 21 ф m < к U' { t ) = - 2 k { Xo- l ) - , m g Y k S is te m a n in g teb ra n ish chastotasi: (O' V (л'о) 2k (4.34) (4.35) tashqi m a y d o n b o 'l m a g a n h o ld a n farq q ilm aydi. B u la rn i bevosita Lagranj funksiyasi tilida h a m k o 'rish m u m k i n edi, b u n i n g u c h u n p o te n sia l h a d n i t o 'l iq k v a d r a t k o ‘- rin is h ig a k e ltirib o 'z g a r m a s h a d l a r n i t a s h l a b y u b o r i s h kerak: 4.3- rasm. Bir jinsli tashqi maydondagi sistem a. L — mx -/ + ^ 2 k \ Endi (4.32) fo rm u la g a m u ro ja a t ( / qilaylik: (4.36) -mg deb olish kerak) A m m o acos(cot + a ) + bcos(cot) = c/cos^cor + a ) , b u yerda a , a — yangi o 'z g arm aslar, d em ak , olingan tebra n ish la r tashqi k u c h y o ‘q holidan faqat u m u m iy -mg I (2k) siljishga farq qiladi. 4.2 .3 . Tashqi kuch davriy bo‘lgan hoi Fizikaviy m asalalarning ichida tashqi kuch davriy b o ‘lgan hoi eng qiziqarli holdir. Bu holga F (t) = f c o a ( y t + p ) ifoda m os keladi. (4.32) integralni hisoblansa ikki xil h a d la r olinadi: y e c h im n in g birinchi qismi: - Ц ^ ) Со4Г, + П (4.38) y e c h im n in g ikkinchi qismi: f -----— ----- — (/sin P sin (cot)- cocos P cos (co/)). mcoico-- у" I I k k in c h i y e c h im уф со b o ‘lgan h o ld a (4.32) dagi n o m a ’lu m k o n s - t a n t a l a r n i q a y ta t a ’riflashga olib keladi h o lo s ( c h u n k i u s h b u q o ‘- s h i m c h a h a d l a r y a n a o ‘sha co c h a s to t a li te b r a n i s h l a r d i r ) , s h u n i n g u c h u n y ^ со h o l d a bu h a d l a r a l o h i d a y o z i l m a y d i . A m m o y-> co b o ‘lgan h o ld a bu h a d l a r n in g roli m u h i m d i r , ta s h q i k u c h n i n g c h a s - to t a s i s i s t e m a n i n g x u su siy c h a s t o t a s i g a y a q i n l a s h g a n d a r e z o n a n s hod isasi r o ‘y b e ra d i. D e m a k , уф со hoi u c h u n y e c h im in in g koT inishi aniqlandi: л- (/) = a cos (cot + a ) ■+ cos (yr + P ). ^ щ S iste m a d a bir v a q td a ikkita teb ra n ish r o ‘y beradi — biri co c h a s to ta bilan, ikkinchisi / c h a s t o t a bilan. A m m o y-> co b o ‘lgan h o l d a (4 .3 9 ) h a d l a r h i s o b g a o l i n m a s a b o ‘Imaydi, (4.40) fo rm ulada gi ikkinchi h a d bu h o ld a cheksiz o ‘sa х0 (/ )= я cos (cot + а ) - '- ^ - ( \ — cos (ft)?))- (4.37) 87 boshlaydi, bu esa bu y e c h im n in g k o 'r a y o t g a n h o lim iz d a q o i l a n i s h i m u m k in emasligini bildiradi. Q uyidagicha y o i tutam iz: (4.39) va (4.38) y e c h im la rn in g y i g i n d is in i olam iz, у = co + s d e y m iz va £ — > 0 limitga o 'ta m iz . S h u lim itda quyidagi y e c h im n i to p a m iz : T opilg an yec h im d a g i ikkinchi had vaqt o 'tish i bilan o 's a boshlaydi, re z o n a n s d e g a n h o d isa m a n a sh u c h e k l a n m a g a n o 's is h g a olib kelishi bilan x a r a k t e r l a n a d i. A lb a t t a , k ic h ik t e b r a n i s h l a r y a q i n l a s h u v i d a n c h i q i b k e t m a s l i k u c h u n ( 4 . 4 1 ) f o r m u l a d a n f a q a t g i n a t e b r a n i s h a m p litu d a s i hali y e ta r lic h a kichik b o 'l g a n h o lla rd a g in a fo y d a la n ish m um k in . ko 'rin ish g a ega b o i a d i . Bu «energiya» s a qlanuvc hi kattalik em as, buni Lagranj funksiyasining vaqtga o sh k o ra b o g i i q li g i d a n h a m tush u n ish m u m k in . Tashqi k uch sistem aga t a ’sir q i l a r e k a n siste m an in g energiyasi bu k u c h t a 's i r i o s t i d a o 'z g a r i s h i k e ra k . E n e r g i y a n i n g o 'z g a r i s h i q uyid ag ich a t a ’riflanadi: Download 132.13 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling