ФІЗИКА ДЛЯ БАКАЛАВРІВ. КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ
Вступ
Коливаннями називаються процеси, які багаторазово точно, або наближено повторюються у часі. Приклади таких процесів легко знайти і в природі, і в техніці. Коливальні процеси можуть мати різне походження. Зокрема, важливими типами коливань, які часто спостерігаються в природі і використовуються в техніці, є механічні та електромагнітні коливання. Механічними коливаннями, зокрема, зумовлений звук, а електромагнітними – світло. Як приклади коливань можна навести також добові чи сезонні зміни температури повітря, зміни видимої площі освітленої поверхні Місяця, тощо. Але незалежно від природи коливальні процеси мають спільні загальні властивості, й описуються аналогічними математичними рівняннями та співвідношеннями. Тому теорія коливальних і хвильових процесів різної природи становить єдиний самостійний розділ фізики – фізику коливань.
Загальні властивості коливань визначаються умовами виникнення та законом зміни їхніх характеристик у часі. При цьому всі коливання поділяють на вільні та вимушені. Вільні коливання виникають після одноразового виведення системи із рівноважного стану і далі існують самостійно. Вільні коливання можливі тільки в так званих коливальних системах або осциляторах, в яких при відхиленні від рівноважного стану виникають внутрішні процеси, що спричинюють періодичні зміни фізичних характеристик системи. Натомість вимушені коливання створюються постійним зовнішнім впливом і тому можливі в будь-якій системі.
Що до змін у часі, то найпростішими є гармонічні коливання — процеси, в яких зміна їхніх характеристик у часі визначається гармонічними функціями (синус і косинус).
Усе сказане стосується й хвиль — процесів поширення коливань у просторі з плином часу.
Загальні властивості гармонічних коливальних і хвильових процесів розглядаються в наступних частинах: