Механические колебания и волны. Звук

Механические колебания и волны
Звук
Гурова Татьяна
Образовательный центр
«Нива»
Цель презентации
Основная цель моей презентации направлена на
использование ее на уроках физики курса 9 класса.
Для того, чтобы дети лучше усвоили эти темы.
Английская пословица гласит:» Я услышал и забыл, я
увидел и запомнил, я сделал и понял».
Образовательный центр
«Нива»
Колебательные системы
СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ
(свободные колебания),
колебания, которые могут
возбуждаться в колебательной
системе под действием
начального толчка. Форма и
частота собственных
колебаний определяются
массой и упругостью для
механических собственных
колебаний и индуктивностью и
емкостью для
электромагнитных. В реальных
системах собственные
колебания затухают из-за
неизбежных потерь энергии.
Образовательный центр
«Нива»
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, системы, в
которых в результате нарушения
состояния равновесия могут
возбуждаться собственные колебания.
Колебательные системы делятся на
консервативные (без потерь энергии —
идеализация), диссипативные
(колебания затухают из-за
энергетических потерь, напр. маятник,
колебательный контур) и активные, в
число которых входят
автоколебательные (потери энергии
пополняются за счет источника энергии,
напр. генераторы электрических
колебаний). Колебательные системы
различают также по числу степеней
свободы.
Маятник
1) математический маятник —
материальная точка,
совершающая под действием
силы тяжести колебательные
движения. Приближенно такой
маятник может быть
осуществлен в виде тяжелого
груза достаточно малых
размеров, подвешенного на
нити. Период колебания
маятника, где L — длина нити,
g — ускорение свободного
падения.
Образовательный центр
«Нива»
2) Физический маятник — тело,
совершающее под действием
силы тяжести колебания вокруг
неподвижной горизонтальной
оси, не проходящей через центр
тяжести тела. Период
колебаний, где I — момент
инерции тела, m — масса тела,
L — расстояние его центра
тяжести С от оси вращения О.
Приведенные формулы
справедливы лишь при малых
амплитудах колебаний.
Свойствами маятника
пользуются в часах и ряде
других приборов.
Затухающие колебания
ЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ, собственные
колебания, амплитуда А которых убывает
со временем t по закону экспоненты А(t) =
Аоexp (- at) (a — показатель затухания изза диссипации энергии благодаря силам
вязкого трения для механических
затухающих колебаний и омическому
сопротивлению для электромагнитных
затухающих колебаний). Количественно
затухающие колебания характеризуются
декрементом затухания d, добротностью Q
= p/d и временем затухания t = 1/a, за
которое амплитуда затухающих колебаний
убывает в e = 2,73 раза.
Образовательный центр
«Нива»
Вынужденные колебания
ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ,
возникают в системе под действием
периодического внешнего
воздействия (напр., вынужденные
колебания маятника под действием
периодической силы, вынужденные
колебания в колебательном контуре
под действием периодической
электродвижущей силы). Если
частота воздействия приближается к
частоте собственных колебаний
системы, наступает резонанс.
Образовательный центр
«Нива»
Гармонические колебания
ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ,
характеризуются изменением
колеблющейся величины x (напр.,
отклонения маятника от
положения равновесия,
напряжения в цепи переменного
тока и т. д.) во времени t по
закону: x = Asin (w t + j), где А —
амплитуда гармонических
колебаний, w — угловая частота, j
— начальная фаза колебаний.
Образовательный центр
«Нива»
Резонанс
РЕЗОНАНС (франц. resonance, от
лат. resono — откликаюсь), резкое
возрастание амплитуды
установившихся вынужденных
колебаний при приближении
частоты внешнего
гармонического воздействия к
частоте одного из собственных
колебаний системы.
Резонанс: a –резонансные кривые
линейных осцилляторов при
различной добротности Q (Q3> Q2
> Q1), xо 2 – интенсивность
колебаний; б- зависимость фазы
от частоты при резонансе.
Образовательный центр
«Нива»
Волны
ВОЛНЫ, возмущения, распространяющиеся с конечной скоростью в
пространстве и несущие с собой энергию без переноса вещества. Наиболее
часто встречаются упругие волны, напр., звуковые, волны на поверхности
жидкости и электромагнитные волны. Несмотря на разную природу, все волны
подчиняются общим закономерностям. Если возмущение ориентировано вдоль
направления распространения, волна называется продольной (напр., звуковая
волна в газе); если же возмущение лежит в плоскости, перпендикулярной
направлению распространения, волна называется поперечной (напр., упругая
волна, распространяющаяся вдоль струны, электромагнитная волна в
свободном пространстве). В простейшем случае плоской гармонической волны
изменения колеблющейся величины y в точке, отстоящей на расстоянии x от
источника возмущений, во времени t происходят по закону:
где А — амплитуда колебания, l — длина волны, Т — период колебаний. Более
сложные волны можно представить в виде суперпозиции гармонических волн.
Образовательный центр
«Нива»
Электромагнитные волны
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, электромагнитное поле,
распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от
свойств среды. В вакууме скорость распространения электромагнитной
волны с ~ 300000 км/с (см. Скорость света). В однородных изотропных
средах направления напряженностей электрических ( Е) и магнитных ( Н)
полей электромагнитных волн перпендикулярны друг другу и направлению
распространения волны, т. е. электромагнитная волна является
поперечной.
По длине волны l различают: радиоволны с l > 10-2 см; световые волны
(инфракрасные с l ~ 2·10-1 — 7,4·10-5 см, видимый свет с l ~ 7,4·10-5 — 4·10-5
см, УФ излучение с l ~ 4·10-5 — 10-6 см); рентгеновское излучение с l ~ 10-5 —
10-12 см; гамма-излучение с l < 10-8 см.
При прохождении электромагнитной волны через среду возможны процессы
отражения, преломления, дифракции и интерференции, дисперсии и др.
Образовательный центр
«Нива»
Шкала
электромагнит
ных волн
(цифрами
указана длины
волн в метрах).
Продольные волны
ПРОДОЛЬНАЯ ВОЛНА, волна, в
которой колебания
происходят в направлении ее
распространения. Пример:
звуковая волна в газах и
жидкостях.
Образовательный центр
«Нива»
Поперечные волны
ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА, волна,
распространяющаяся в направлении,
перпендикулярном к плоскости, в
которой происходят колебания частиц
среды (в случае упругой волны) или в
которой лежат векторы
электрического и магнитного поля
(для электромагнитной волны).
Образовательный центр
«Нива»
Звук
ЗВУК, упругие волны,
распространяющиеся в
газах, жидкостях и твердых
телах и воспринимаемые
ухом человека и животных.
Человек слышит звук с
частотами от 16 Гц до 20
кГц. Звук с частотами до 16
Гц называют инфразвуком
2·104-109 Гц — ультразвуком,
а 109-1013 Гц — гиперзвуком.
Наука о звуках называется
акустикой.
Форма колебаний (сверху) и частотноамплитудный спектр (снизу) звуков рояля
(основная частота 128 Гц)
Образовательный центр
«Нива»
Скорость звука
СКОРОСТЬ ЗВУКА, скорость распространения
звуковых волн в среде. В газах скорость звука
меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше,
чем в твердых телах (причем для сдвиговых волн
скорость всегда меньше, чем для продольных).
Скорость звука в газах и парах от 150 до 1000 м/с,
в жидкостях от 750 до 2000 м/с, в твердых телах
от 2000 до 6000 м/с. В воздухе при нормальных
условиях скорость звука 330 м/с, в воде — 1500 м/с.
Образовательный центр
«Нива»
Отражение звука. Эхо
ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА,
возвращение звуковой волны
при встрече с границей
раздела двух сред,
обладающих различными
плотностью и
сжимаемостью, «обратно» в
ту среду, из которой она
подошла к границе раздела.
Одно из проявлений
отражения звука — эхо.
Отражение звука
используется в
гидролокации,
ультразвуковых
дефектоскопах и других
контрольно-измерительных
ультразвуковых
устройствах.
Образовательный центр
«Нива»
ЭХО (от имени нимфы Эхо),
волна (акустическая,
электромагнитная),
отраженная от какого-либо
препятствия и принятая
наблюдателем. Звуковое эхо
воспринимается ухом раздельно
от первичного сигнала
(короткого звукового импульса)
лишь в том случае, если оно
запаздывает не менее чем на
0,05-0,06 с. Радиоэхо
используется в радиолокации, а
звуковое эхо — в гидролокации и
в ультразвуковой
дефектоскопии.
Ультразвук и инфразвук
УЛЬТРАЗВУК, не слышимые человеческим
ухом упругие волны, частоты которых
превышают 20 кГц. Ультразвук содержится
в шуме ветра и моря, издается и
воспринимается рядом животных (летучие
мыши, рыбы, насекомые и др.),
присутствует в шуме машин. Применяется
в практике физических, физико-химических и
биологических исследований, а также в
технике для целей дефектоскопии,
навигации, подводной связи, для ускорения
некоторых химико-технологических
процессов, получения эмульсий, сушки,
очистки, сварки и других процессов и в
медицине — для диагностики и лечения.
Образовательный центр
«Нива»
ИНФРАЗВУК (от лат. infra — ниже, под),
не слышимые человеческим ухом упругие
волны низкой частоты (менее 16 Гц). При
больших амплитудах инфразвук
ощущается как боль в ухе. Возникает
при землетрясениях, подводных и
подземных взрывах, во время бурь и
ураганов, от волн цунами и пр. Поскольку
инфразвук слабо поглощается, он
распространяется на большие
расстояния и может служить
предвестником бурь, ураганов, цунами.
Изображение
человеческого
плода (17
недель),
полученное с
помощью
ультразвука
частотой 5 МГц
Об авторе




Гурова Татьяна
Место учебы: г.Сергиев Посад 14,школа №12
Презентация создана в 2007 году
Руководитель: Корнеичева
Вера Павловна
Образовательный центр
«Нива»
Справочный материал:



Энциклопедии Кирилла и Мефодия;
Учебник физики 9 класса;
Дополнительные материалы по
физике.
Гурова Татьяна
Образовательный центр
«Нива»
Содержание:







Колебательные
системы
Маятник
Затухающие
колебания
Вынужденные
колебания
Гармонические
колебания
Резонанс
Волны
Образовательный центр
«Нива»







Электромагнитные
волны
Продольные волны
Поперечные волны
Звук
Скорость звука
Отражение звука.
Эхо
Ультразвук и
инфразвук