Если на какую-то точку воздействовать в горизонтальном направлении переменной силой, точка будет совершать колебания в этом направлении. При воздействии на точку такой же силой в вертикальном направлении она будет совершать колебания в таком же направлении. Это, конечно, понятно вам.

А как будет вести себя точка при одновременном воздействии на нее обеих указанных сил, независимых друг от друга? Впервые на этот вопрос ответил французский ученый Ж. Лиссажу — точка придет в гармоническое колебательное движение и начнет описывать интересные фигуры, характер которых зависит от частоты и амплитуды колебаний, «раскачивающих» точку в том и другом направлениях. В честь ученого-открывателя эти фигуры назвали фигурами Лиссажу.

Широкое применение в доннике фигуры Лиссажу получили при измерений частоты электрических колебаний неизвестного источника с помощью осциллографа — известного вам прибора, имеющегося в любом школьном кабинете физики. На его пластины горизонтального отклонения электронного луча подают перемени напряжение известной (эталонной) частоты, а на пластины вертикального пленения — напряжение, частоту которого нужно измерить. Изменяя частой эталонного источника колебаний, добиваются появления на экране осциллографа той или иной фигуры Лиссажу (рис- 5). Поскольку та или иная фигура может появиться лишь при определенном соотношении частот, по ним и определяют искомую частоту. Так, на рисунке 5а соотношение частот эталонной и искомой составляет 1/2 -на рисунке 5б — 2/3, на рисунке 5в – 3/4, на рисунке 5г— 1/3.
При точном кратном соотношении частот фигура Лиссажу на экране осциллографа неподвижна, а при небольшом расхождении частот она “бегает” вокруг своей оси. Чем больше скорость вращения фигуры, тем больше расхождений частот.

Фигуры Лиссажу можно воспроизводить не только на экране осциллографа, но с помощью… пружинящей полоски листовой латуни или фосфористой бронзы, зажатой в плоскогубцах (рис 6). Полоску нужно предварительно изогну так чтобы обе ее плоскости были точно взаимно перпендикулярны друг другу. Один из кончиков полоски отгибают и покрывают яркой краской — он будет выполнять роль «точки», рисующей фигуры Лиссажу.

Отклоните полоску в любую сторону под прямым углом к плоскости изгиба и отпустить, благодаря возможности полоски колебаться в обоих направлениях — по горизонтали и вертикали, «точка» станет выписывать ту или иную затухающую фигуру Лиссажу. Перемещением зажимаемой части полоски, то есть изменением длины части полоски после изгиба, можно изменять частоту колебаний ее, а значит, наблюдать различные по форме фигуры Лиссажу.

Но, несомненно, наиболее нагляден будет законченный прибор (рис. 7) для демонстрации фигур Лиссажу. На деревянной подставке укрепите кронштейн из полоски толстого (2—3 мм) металла. К кронштейну приклепайте металлический или картонный диск, окрашенный в черный цвет. В центре диска проделайте отверстие, через которое будет проходить полоска — с обратной стороны диска будете прижимать ее (например, струбциной) к отогнутой части кронштейна, как это делали в экспериментах с плоскогубцами. Отогнутый конец полоски («точку») покрасьте белой эмалью.

Остается отклонить полоску в сторону и отпустить — и можете наблюдать на черном фоне белую точку, выписывающую замысловатые фигуры Лиссажу.

Журнал Мастерок №39-88г.
статьи по теме: От теории к практике