В природе и технике встречается очень много повторяющихся процессов, в основе которых лежат колебания того или иного вида и создаваемые ими волны. К такого рода процессам относятся звуковые явления, работа часового механизма, переменный ток в цепи, электромагнитные колебания и т. д.

Природа колебаний разнообразна, но для их описания ввели такие величины, которые оказались одинаково применимыми ко всем колебаниям, независимо от их природы. Проще всего выяснить физический смысл этих величин на примере механических колебаний, которые наиболее наглядны.

На рис. 24.1 показаны тела, совершающие различные механические колебания:

• 1 — колебания маятника;
• 2 — колебания жидкости;
• 3 — колебания пружины с грузом;
• 4 — колебания струны.

На рис. 24.1, а все тела находятся в положении устойчивого равновесия. Для того чтобы вывести эти тела из равновесия, нужно за счет работы какой-нибудь внешней силы сообщить им избыточную энергию. Тогда они займут положения, показанные на рис. 24.1, б. Если теперь предоставить этим телам возможность двигаться беспрепятственно, то они начинают совершать колебательное движение, поочередно проходя положения в, г, д и снова б, а затем повторяют весь цикл движения в том же порядке.

Проследив за движением какой-либо точки одного из этих тел, можно видеть, что она при своем движении проходит одну и ту же траекторию поочередно в двух противоположных направлениях. Поскольку характер движения всех точек тела одинаков, колебательные процессы удобно изучать на примере колебательного движения одной точки тела. Подчеркнем, что важнейшим признаком колебательного движения является его повторяемость через равные промежутки времени Т, т. е. его периодичность.

Таким образом, механическим колебанием называют периодически повторяющееся движение материальной точки по какой-либо траектории, которую эта точка проходит поочередно в противоположных направлениях. Отметим, что каждую определенную точку траектории колеблющаяся частица проходит, имея одинаковую по величине скорость.

Полным колебанием точки называют один законченный цикл колебательного движения, после которого оно повторяется в том же порядке.