Механические колебания и волны

МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И
ВОЛНЫ
Механические колебания
Колебание тела на пружине
Колебание тела на нити
Гармонические колебания
Волны
Звук
Самоварщиков Ю.В.
НИЯУ МИФИ Кафедра физики
•
МЕХАНИЧЕСКИЕ
КОЛЕБАНИЯ
Колебаниями
в механике
называют такие движения, при которых
происходит повторение положения тела в пространстве через одинаковые
промежутки времени
Колебание тела на пружине
При х = А →
Fупр = max; V = 0; Ек = 0; Еп = max
При х = 0 →
Fупр = 0; V = max; Ек = max; Еп = 0
При х = - А →
Fупр = max; V = 0; Ек = 0; Еп = max
Пружинный маятник - невесомая пружина, к которой прикреплено
тело массой m.
Лицей 1511 Физика 9 класс
КОЛЕБАНИЕ ТЕЛА НА
ПРУЖИНЕ
положения
равновесия. Оно может
• Смещение – отклонение тела от
положительно или отрицательно. Фактически это координата тела х
быть
• Амплитуда колебаний – максимальное по модулю смещение тела от
положения равновесия. Обозначается символом А. [A] = метр.
Лицей 1511 Физика 9 класс
КОЛЕБАНИЕ ТЕЛА НА
ПРУЖИНЕ
Лицей 1511 Физика 9 класс
КОЛЕБАНИЕ ТЕЛА НА
НИТИ
Математический
маятник
подвешенный на тонкой невесомой
нити груз:
• размерами
которого
можно
пренебречь по сравнению с
размерами нити;
•
совершающий колебания с
амплитудой
много
меньшей
длины нити.
Лицей 1511 Физика 9 класс
МЕХАНИЧЕСКИЕ
КОЛЕБАНИЯ• Гармонические
•
колебания – колебания, которые
происходят под действием силы, пропорциональной
смещению
и
направленной
в
сторону
противоположную смещению.
Свободные колебания – колебания, которые
происходят
после
возбуждения
без
дополнительных внешних воздействий.
• Осциллограмма – график
движения
колеблющегося
тела.
Лицей 1511 Физика 9 класс
ГАРМОНИЧЕСКИЕ
КОЛЕБАНИЯ
•Фаза колебаний — физическая
величина,
определяющая
состояние
колебательной
системы в любой момент
времени.
Важно! Сравнение фаз различных
колебаний возможно только при
одинаковых частотах
•
Гармонические колебания –
колебания, при которых
координата
точки
во
времени
смещается
по
закону синуса или косинуса.
Лицей 1511 Физика 9 класс
МЕХАНИЧЕСКИЕ
– колебания, которые происходят
КОЛЕБАНИЯ
•
Свободные колебания
после возбуждения без дополнительных внешних
воздействий.
• Колебательные системы – системы тел, которые способны
совершать свободные колебания.
•
Собственная частота – частота свободных колебаний
системы.
• Затухающие колебания – колебания, амплитуда которых
уменьшается с течением времени.
•
Вынужденные колебания – колебания,
совершаемые
под
действием
внешней
периодически
изменяющейся силы.
Лицей 1511 Физика 9 класс
ВАЖНО!
ВЫНУЖДЕННЫЕ
КОЛЕБАНИЯ
- вынужденные колебания происходят с частотой вынуждающей силы;
- частота вынуждающей силы
может быть любой;
-
амплитуда
вынужденных
колебаний растет с ростом
амплитуды вынуждающей силы;
•Волна – колебания, распространяющиеся в пространстве.
ВОЛН
Ы
Источником волн являются колебания. Переносчиками колебаний могут быть
твердые, жидкие и газообразные среды.
• Поперечные волны – волны, в
которых колебания частиц среды
происходит
перпенди-кулярно
направлению
распро-странения
волны.
Поперечные волны распространяются в твердых средах
• Продольные волны – волны, в которых колебания частиц среды
происходит вдоль направления распространения волны.
Продольные волны распространяются в твердых, жидких и газообразных
средах
Лицей 1511 Физика 9 класс
ВОЛНЫ
•
Длина волны – расстояние, на
которое распространяется волна
за
время,
равное
периоду
колебаний.
•
•
Длина волны – расстояние между двумя ближайшими точками
среды, колеблющимися в одинаковой фазе.
Скорость волны – скорость распространения колебаний в среде.
Лицей 1511 Физика 9 класс
ВОЛНЫ
ЗВУК
Акустика
•
явления
– раздел физики, в котором изучаются звуковые
Лицей 1511 Физика 9 класс
ВОЛНЫ
стороны
в виде сферически
ЗВУК
- Звуковые волны распространяются в среде во все
симметричной волны. Ультразвук может распространяться в виде узконаправленного
пучка;
- Звуковые волны распространяются в воздухе (v = 330 м/с), в жидкой (v > 1000 м/с) и
твердой (v > 3000 м/с) средах;
Основные характеристики звука.
❖Чистые музыкальные звуки –
звуки, издаваемые камертоном или
другими
гармонически
колеблющимися телами;
❖Громкость звука –
величина
пропорциональная
квадрату
амплитуды звуковых колебаний;
❖Высота звука
частотой;
определяется
его
❖Звуковой шум
– это смесь
хаотически чередующихся звуков
различной частоты;
❖Тембр звука - характерная для каждого голоса и музыкального инструмента
окраска звука (отклонение от синусоидальности в колебаниях
Лицей 1511 Физика 9 класс
ВОЛНЫ
ЗВУК волной
• Дифракция звука – явление огибания препятствия звуковой
Если размеры препятствия намного
больше длины волны, то звук
отражается, а позади препятствия
формируется зона акустической тени.
Отраженный звук мы слышим как эхо.
•
Эхолокация
–
способ
определения местоположения
тел по отражению от них
ультразвуковых сигналов
Акустический резонанс - явление резкого усиления звука при совпадении
частоты ν звуковой волны и собственной частоты ν0 резонатора
Лицей 1511 Физика 9 класс
ЗАДАЧИ
1. Найти жёсткость пружины k, если скреплённое с ней тело массой m = 30 г.
совершает за τ = 1 минуту N =300 колебаний.
Дано:
m = 30г = 0,03кг
τ = 1 мин = 60c
N = 300 колебаний
k=?
Лицей 1511 Физика 9 класс
ЗАДАЧИ
2. Тело, прикреплённое к пружине совершает колебания с периодом Т. Если
увеличить массу на ∆m = 60 грамм, то период удваивается. Найти
первоначальную массу тела.
Дано:
∆ m = 60г = 0,06кг
m2 = m1 +∆ m
T2 = 2T1
m1 = ?
Лицей 1511 Физика 9 класс
ЗАДАЧИ
3. Два маятника отклонены от положения равновесия и одновременно
отпущены. Первый маятник, длина которого l1 = 4 метра, совершил n1 = 15
колебаний. Второй за тоже время совершил n2 = 10 колебаний. Какова длина
l2 второго маятника.
Дано:
l1 = 4м
n1 = 15колебаний
n2 = 10колебаний
l2= ?
Лицей 1511 Физика 9 класс
МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И
ВОЛНЫ
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ
РЕСУРСЫ:
1. Физика. Учебник
для 9 класса общеобразовательных учреждений. Коллектив авторов. Под редакцией А.А.
Пинского и В.Г.Разумовского. 4-е издание. Москва. «Просвещение». 2005г.
2. Кабардин, О.Ф. Физика. 9 кл.: сборник тестовых заданий для подготовки к итоговой аттестации за курс
основной школы / О.Ф. Кабардин. – М.: Дрофа, 2008. – 219 с;
3. Мякишев, Г.Я. и др. Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / учебник для
общеобразовательных школ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев – Москва. «Просвещение», 2009г.
4. Открытая физика [тексты, рисунки] / http://www.physics.ru/
5. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов / http://school-collection.edu.ru/
6. Федеральный институт педагогических измерений. КИМ Физика http://fipi.ru/view/sections/92/docs/
7. Картинки Техника - Красивые картинки. http://fonday.ru/category/40/
8. Коллекция образовательных ресурсов http://homeschooling.gomilpitas.com/explore/physics.htm
9. Пособие по физике «Ускорение и сила, импульс и энергия». В помощь учащимся 9 класса. Коллектив
авторов. Под редакцией В.В.Грушина. НИЯУ МИФИ. Москва 2010г.
10. Электронный учебник физики. http://www.physbook.ru/
11. Пособия, таблицы и плакаты. http://www.labstend.ru/site/index/
12. Википедия. Физика. Колебания и волны http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%B7
13. Текст, рисунки. http://www.physel.ru/mainmenu-4/mainmenu-9/97-s-94.html
14.
Механические
Колебания
и
Волны.
Эта
удивительная
физика.
Sfiz.ru/
http://www.fizika.asvu.ru/page.php?id=77
Лицей 1511 Физика 9 класс