26
Автоколебания в потоке воздуха
Существует несколько способов возникления незатухающих колебаний упругих тел. Однако из них — с помощью построного потока воздуха. Предлагаем вам проверки несложный эксперимент, позволяющий воочию убедиться в этом.
Выражьте из плотной бумаги полоску шириной 2 — 3 см и длиной 50 — 80 см. Концы полоски несколько раз оберните вокруг двух карандашей и возьмите за них руками. Свободно расположите полоску на расстоянии 20—50 см перед включенным вентилятором так, чтобы плоскость полоски была горизонтальной. Вы увидите, что под действием потока воздуха полоска начинает колебаться, причем колебания ее будет нерегулярными и неперiodическими.
Теперь постепенно натягивать полоску (прикладывать слишком большие числа не нужно). При некоторых натяжении возникнут довольно сильные периодические колебания и на полоске установится стоячая волна (см. рисунок). По-явившиеся колебания будут продолжаться в течение всего времени, пока вы сможете условия опыта поддерживать неизменными. Очевидно, это — авторолебатель процесс.
Попробуем разобраться в причине образования авторолебаний. Поток воздуха, обтекающий полоску, вызывает появление воздушных вихрей, которые периодически срывают с полоски. В моменты отрыва вихрей изменяется сопротивление полоски воздушному потоку. Поскольку вхрини отрываются через равные промежутки времени, можно сказать, что со стороны воздуха потока на бумажную полоску периодически действует сила. В результате полоска совершает авторолебания.
Почему же колебания стала заметными лишь при определенном натяжении бумажной полоски? Дело в том, что полоска представляет собой упругое тело, способное совершать собственные колебания. Изменяя натяжение полоски, мы тем самым меняли частоту ее собственных колебаний. Когда частота собственных колебаний совпадает с частотой авторолебания, наступил своеобразный резонанс и амплитуда авторолебаний резко возросла.
Таким образом, в этом эксперименте тесто переплетаются авторолебательные и резонансные явления.
О том, к каким нежелательным эффектам могут привести эти явления, расссказываясь в третьем номере журнала за 1972 год в статье Л. Асламазова «Почему гудят провода».