Аналогии в курсе физики средней школы

Страница: 2/24

Подобно тому как вследствии инертности тело лишь постепенно увеличивает скорость под действием силы и эта скорость после прекращения действия силы не становится сразу равной нулю, электрический ток в катушке за счет явления самоиндукции увеличивается под действием напряжения постепенно и не исчезает сразу, когда это напряжение становится равным нулю. Индуктивность контура L играет туже роль, что и масса тела m в механике. Соответственно кинетической энергии тела отвечает энергия магнитного поля тока , а импульсу тела mv отвечает поток магнитной индукции Li .

Зарядке конденсатора от батареи соответствует сообщение телу, прикрепленному к пружине, потенциальной энергии при смещении тела на расстояние от положения равновесия (рис. 1,а).

Сравнивая это выражение с энергией конденсатора , замечаем, что жесткость k пружины играет при механическом колебательном процессе такую же роль, как величина , обратная емкости, при электромагнитных колебаниях, а начальная координата соответствует заряду .

Возникновение в электрической цепи тока i за счет разности потенциалов соответствующих появлению в механической колебательной системе скорости под действием силы упругости пружины (рис.1,б). Моменту, когда конденсатор разрядится, а сила тока достигнет максимума, соответствует прохождение тела через положение равновесия с максимальной скоростью (рис.1.в). Далее конденсатор начнет перезаряжаться, а тело смещаться влево от положения равновесия (рис.1,г). По прошествии половины периода Т конденсатор полностью перезарядится и сила тока станет равной нулю. Этому состоянию соответствует отклонение тела в крайнее левое положение, когда его скорость равна нулю (рис.1,д).

Рассмотренные выше колебания являются свободными. Здесь не учтено, что в любой реальной механической системе существуют силы трения.

Таким образом, соответствие между механическими и электрическими величинами при колебательных процессах можно представить в виде таблицы 1

Механические величины

Электрические величины

Координата х

Заряд q

Скорость vx=x'

Сила тока i=q'

Ускорение аx=vx

Скорость изменения силы тока i'

Масса m

Индуктивность L

Жесткость k

Величина, обратная электроемкости. 1/С

Сила F

Напряжение U

Вязкость b

Сопротивление R

Потенциальная энергия деформирован­ной пружины kx2/2

Энергия электрического поля конден­сатора q2/(2C)

Кинетическая энергия mv2/2

Энергия магнитного поля катушки Li2/2

Импульс mv

Поток магнитной индукции Li

Реферат опубликован: 4/04/2008