Oscilátor: Porovnání verzí
Smazaný obsah Přidaný obsah
Přepsaný článek, pořádek v IW |
|||
Řádek 1:
[[Soubor: Simple harmonic oscillator.gif |thumb|upright=1.0|[[Harmonický oscilátor]] s netlumenými kmity (závaží na pružině)]]
'''Oscilátor''' (z [[latina|lat.]] ''oscillo'', kmitat) je systém nebo zařízení, schopné [[kmitání|kmitavého pohybu]], při němž se hodnoty určitých parametrů (poloha, rychlost, napětí atd.) periodicky opakují. Oscilátory mohou být mechanické, elektrické aj. a dělí se na '''harmonické''' ([[kyvadlo]], závaží na pružině), kde je průběh kmitu charakterizován [[sinusovka|sinusovkou]], '''relaxační''' s nesouměrným tvarem kmitů a další.
== Mechanický oscilátor ==▼
[[Soubor:Simple pendulum height.png|thumb|Příklad mechanického oscilátoru: [[Matematické kyvadlo]].]]▼
▲[[Soubor:Simple pendulum height.png|thumb|Příklad mechanického harmonického oscilátoru: [[Matematické kyvadlo]]
Ve fyzice jsou nejdůležitější harmonické oscilátory, u nichž se periodicky přeměňuje jedna forma [[energie]] v jinou a zpět. Příkladem může být [[matematické kyvadlo]]. Při vychýlení do krajní polohy se [[polohová energie]] hmotného bodu zvýší a působením [[gravitace]] se bod začne pohybovat po oblouku do rovnovážné (svislé) polohy. V rovnovážné poloze se tato polohová energie zcela přeměnila v pohybovou energii a díky ní kyvadlo vykývne do krajní polohy na druhé straně. Tam se zastaví, protože [[pohybová energie]] se zcela přeměnila v polohovou a děj se opakuje. U závaží na pružině se podobně přeměňuje polohová energie závaží v energii závěsné pružiny a naopak.
Harmonický oscilátor lze obecně popsat rovnicí harmonického pohybu, která platí pro oscilátory mechanické i elektrické:
kde <math>\omega_0</math> je vlastní (kruhová) frekvence systému. Obecné řešení má tvar:
:<math>q(t)=q_m \cos{(\omega_0 t+\phi_0)}</math>,
kde <math>q_m</math> je amplituda kmitů a <math>\phi_0</math> je fáze v čase t=0.
Okamžitá poloha, rychlost i zrychlení hmotného bodu je dána sinusovkou, rychlost je nulová v krajních bodech, poloha a zrychlení v rovnovážném bodě. Znaménko rychlosti se mění v krajních bodech, znaménko zrychlení v rovnovážném bodě. Vlastní frekvence harmonického oscilátoru závisí pouze na jeho parametrech (u kyvadla jen na jeho délce) a je tedy přesně daná. Idealizované matematické kyvadlo nemá žádné ztráty, jeho kmity jsou netlumené a volné a nepotřebují žádnou další energii. Napro tomu reálný oscilátor má vždy nějaké ztráty a jeho kmity jsou tlumené, tj. jejich amplituda se v čase zmenšuje. Pro dosažení netlumených kmitů se oscilátoru musí přivádět energie zvenčí.
▲=== Lihýř ===
Harmonický oscilátor je důležitý i v oblasti kvantové fyziky, viz [[Lineární harmonický oscilátor]].
=== Kyvadlo ===▼
=== Příklady harmonických oscilátorů ===
==== Mechanické ====
* [[Torzní kyvadlo]] - vodorovná tyč se závažíčky na koncích, uprostřed zavěšená na pružném závěsu. Tyč se otáčí kolem závěsného bodu sem a tam.
** [[Lihýř]]
** [[Setrvačka]]
* Napjatá struna, která kmitá kolem klidové polohy.
* [[Píšťala]], v níž kmitá sloupec vzduchu
* Zvon, gong
==== Elektrické ====
Elektrický harmonický LC
:<math>f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}</math>
V oscilátoru se proměňuje náboj [[kondenzátor]]u v energii elektromagnetického pole cívky a naopak. Vzhledem ke ztrátám je součástí oscilátoru zesilovací prvek ([[transistor]] atd.) a vlastní laděný obvod LC je obvykle zařazen do větve kladné zpětné vazby.
LC oscilátory se používají pro vysoké frekvence, LC obvod se často nahrazuje křemenným nebo keramickým výbrusem. Exstuje řada různých zapojení:
[[Soubor:Transistor Multivibrator.svg|thumb|Příklad elektronického oscilátoru, tzv. tranzistorový astabilní [[multivibrátor]].]]▼
<gallery>
Soubor:Lc osc colpits.svg|LC oscilátor Colpits
Soubor:LC oscilátor Hartley.svg| LC oscilátor Hartley
Soubor:LC oscilátor Meissner.svg| LC oscilátor Meissner
</gallery>
▲[[Soubor:Transistor Multivibrator.svg|thumb|Příklad elektronického oscilátoru, tzv. tranzistorový astabilní [[multivibrátor]].]]
Relaxační oscilátor vykonává periodické kmity, založené na nelineárním prvku. Tyto oscilátory nemohou kmitat volně, nýbrž potřebují trvalý přísun energie. Jejich frekvence závisí na přiváděné energii a dalších parametrech, není tedy příliš stálá, zato se dá snadno měnit a synchronizovat. Příkladem elektromechanického relaxačního oscilátoru může být elektrický zvonek nebo bzučák. Při zapojení proudu elektromagnet přitahuje kotvu s kontaktem. Když ji přitáhl, kontakt se přeruší, kotva odpadne a děj se může opakovat.
▲=== LC oscilátory ===
▲LC oscilátory obsahují [[rezonanční obvod]] sestavený z [[cívka|cívky]] a [[kondenzátor]]u a jejich [[kmitočet]] je určen ''Thomsonovým vztahem'':
▲:<math>f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}</math>
V elektronice to může být pozvolné nabíjení kondenzátoru přes odpor. Když napětí kondenzátoru dosáhne určité hodnoty, otevře se nelineární prvek (výbojka, dioda, tranzistor) a kondenzátor se vybije. Kmity nemají sinusový tvar a v různých bodech obvodu mají obvykle obdélníkový nebo trojúhelníkový tvar („pila“). Používají se často v elektronice, v digitální a počítačové technice aj.
Podobné periodické procesy se často vyskytují v živých organismech, kde řídí například srdeční tep a jiné procesy. Také ve společesnkých vědách a v ekonomii se popisují periodické procesy, které mají převážně relaxační povahu.
== Související články ==
* [[Kmitání]]
* [[Lineární harmonický oscilátor]]
Řádek 49 ⟶ 56:
[[Kategorie:Oscilátory]]
[[ca:
[[de:Oszillator]]
[[fa:نوسانساز]]
▲[[es:Oscilador electrónico]]
[[fr:Oscillateur]]
[[hu:Oszcillátor]]
[[it:Oscillatore]]
[[no:Oscillator]]
[[ru:Осциллятор]]
[[sr:Oscilator]]
[[tr:Osilatör]]
| |||