Вільні механічні коливання. Механічною коливальною системою називається система, в якій діє квазіупружна сила
F = – k x, (5.1)
де – зміщення тіла від положення рівноваги, – коефіцієнт пропорційності. Знак мінус у формулі (5.1) говорить про те, що сила завжди направлена до положення рівноваги.
Для системи “тіло на пружинці” роль квазіупружної сили виконує сила пружності, а коефіцієнт k являє собою коефіцієнт пружності пружини.
Для математичного маятника (рис. 64, б) роль квазіпружної сили виконує складова сили важкості
,
де – кут відхилення, а роль зміщення – кут відхилення j від положення рівноваги.
У коливальній системі, яку виведено з положення рівноваги і надано самій собі, виникають вільні механічні гармонічні коливання
,
де – циклічна частота вільних коливань
,
– маса тіла, що коливається. Період вільних коливань
.
Для математичного маятника
,
де l – довжина математичного маятника, g – прискорення вільного падіння.
Для фізичного маятника
,
де – зведена довжина фізичного маятника, тобто відстань між двома точками фізичного маятника, якщо їх взяти у якості центрів коливань, то періоди коливань відносно цих двох точок будуть однакові.
Вільні електромагнітні коливання. Вони виникають у коливальному контурі без активного електричного опору, якщо зарядити конденсатор і відєднати його від джерела струму. (рис. 64, в)
Коливання заряду на конденсатор описується формулою