1.Автоколивання. Маятник годинника

У попередньому параграфі розповідалося про те, що незатухаючі вимушені коливання одержують у разі дії на тіло, яке може здійснювати вільні коливання, періодичної зовнішньої сили. Проте трапляються випадки, коли для одержання незатухаючих коливань зовнішня сила не обов'язково повинна діяти безперервно. Характерним прикладом таких коливань є звичайна гойдалка (мал. 2.17). Проаналізувавши коливання гойдалки, можна зрозуміти, як діють так звані автоколивальні системи. Якщо гойдалку вивести зі стану рівноваги і відпустити, то вона здійснить певну кількість затухаючих коливань і зупиниться.

Щоб гойдалка здійснювала незатухаючі коливання, потрібно поповнювати втрати енергії. Отже, треба мати зовнішнє джерело енергії. Однак підштовхувати гойдалку слід не в довільні моменти часу, а узгоджувати з коливаннями, які здійснює сама гойдалка. Так, у зображеному на мал. 2.17 випадку гойдалку потрібно підштовхувати тоді, коли вона починає рухатися від людини.

Тепер можна дійти висновку щодо умов виникнення автоколивань: 1)  потрібна система, в якій можливі вільні коливання (у розглянутому випадку це сама гойдалка);

2)  для поповнення втрат енергії у системі необхідне зовнішнє джерело енергії (у розглянутому випадку це людина);

3)  має бути пристрій, який передає енергію від зовнішнього джерела до коливальної системи (рука людини);    

4)  треба узгоджувати роботу передавального пристрою з коливаннями системи (у випадку з гойдалкою людина спостерігає за рухом гойдалки і в потрібні моменти підштовхує її).

Остання умова дістала назву здійснення зворотного зв 'язку.

Автоколивання будь-якої природи можуть існувати лише у разі дотримання всіх зазначених умов. На мал. 2.18 наведено схему автоколивальної системи, за якою працюють, наприклад, годинникові механізми і генератори незатухаючих електромагнітних коливань. Мал. 2.19 ілюструє годинниковий механізм з маятником. Такий годинник у 1657 р. винайшов Хрістіан Гюйгенс. У ній автоколивальній системі коливання здійснює маятник. Джерелом енергії є гиря, піднята на певну висоту. З маятником зв'язаний анкер ab, який і здійснює зворотний зв'язок, тобто керує поповненням енергії, що втрачається внаслідок тертя в маятнику. Передає енергію від гирі до маятника зубчасте колесо, що своїми зубцями через анкер підштовхує маятник двічі за період.