Механические колебания и волны

1.

МЕХАНИЧЕСКИЕ
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

2.

Виды колебаний

3.

Механические колебания
Механическими колебаниями называются движения тел,
точно или приблизительно повторяющиеся через
одинаковые промежутки времени
Закон движения тела, совершающего колебания,
задается с помощью некоторой периодической функции
времени x = f(t)

4.

По способу поступления энергии:
Вынужденные колебания – это колебания, происходящие под действием внешних
периодических сил
колебания поршня в двигателе
колебания иглы в швейной машинке
Свободные колебания – это колебания, происходящие под действием внутренних сил,
после того, как система выведена из положения равновесия
движение качелей после однократного толчка
колебания груза на пружине после ее растяжения
колебания струны после ее отклонения
Автоколебания — незатухающие колебания, которые существуют за счет поступления энергии
в систему под ее же управлением
• колебания нашей собственной грудной клетки под действием периодических сокращений
дыхательных мышц
• сокращение сердца
• колебание маятника в часах

5.

Характеристики волны
А - амплитуда механических гармонических
колебаний - модуль наибольшего смещения
колеблющегося тела (материальной точки) от
положения равновесия. Единица измерения
амплитуды – [м]
λ– длина волны – расстояние между двумя
соседними точками, колеблющимися в
одинаковой фазе, или расстояние, на
которое распространяются колебания за
один период – [м]
ν - скорость распространения – [м/с]

6.

Т - период колебаний – время, за которое колеблющееся тело совершит одно полное
колебание – [с]
- частота (величина, обратная периоду) показывает, сколько колебаний было
совершено в единицу времени – [Герц] – [Гц]
t – время, пока тело совершало колебания, n – количество совершенных колебаний
ω - круговая (циклическая) частота – какое количество колебаний тело совершит за
2π секунд - [рад/с]
Связь частоты, периода и скорости волны:

7.

По виду амплитуды:
Затухающие колебания –
амплитуда уменьшается ввиду
трения
Незатухающие колебания –
амплитуда постоянна, так как
трение мало

8.

Гармонические колебания
Гармоническими колебаниями
называются такие колебательные движения, при
которых смещение тела от положения равновесия
совершается по закону синуса или косинуса

9.

Резонанс
Резонанс – это явление резкого возрастания амплитуды
колебаний при приближении частоты воздействующей
силы к собственной частоте колебательной системы
Резонанс в физике — это отклик колебательной
системы на периодическое воздействие внешней силы,
проявляющееся в синхронизации частот колебаний
системы с частотой внешнего воздействия, что влечет
за собой явление резкого возрастания амплитуды
вынужденных колебаний
Резонансная частота — частота вынуждающей силы,
равная собственной частоте колебательной системы,
при которой достигается максимальная амплитуда.
Резонанс возникает в любых упругих средах: твердых,
жидких и газообразных, главное — это наличие
резонансной частоты.

10.

Виды резонанса
• Механический резонанс — это резонанс, вызванный
механически воздействием
• Электрический резонанс — это увеличение токов и
напряжений на отдельных участках цепи при изменении
частоты гармонического сигнала
• Акустический резонанс — это явление, при котором
акустическая система усиливает звуковые волны, частота
которых совпадает с одной из ее собственных частот
вибрации (ее резонансными частотами)

11.

Период колебаний пружинного маятника
Определяется жёсткостью пружины k и массой груза m,
т. е. собственными характеристиками колебательной
системы
-полная энергия колебаний пружинного маятника

12.

Период колебаний
математического/нитяного маятника
Определяется длиной нити l, т.е. также собственными
характеристиками колебательной системы
- полная энергия колебаний математического маятника

13.

Механические волны
- это распространения колебаний в пространстве с течением
времени
Механические волны бывают
поперечными
колебания
частиц
происходят
перпендикулярно
(поперек)
направлению распространения волны
и
продольными
колебания частиц продольной волны вдоль этого направления

14.

Продольные волны - это периодические сгущения и
разрежения среды
Поэтому такие волны могут существовать в любых телах –
твердых, жидких, газообразных.
Поперечные волны могут существовать лишь в твердых
телах (для
распространения такой волны необходимо
"жесткое" расположение частиц среды, чтобы между ними могли
возникать силы упругости).

15.

Акустика
Акустика - раздел физики, изучающий звуковые волны
Звуковые волны возникают при колебаниях различных
источников
Звуковые волны – продольные
Звуковые волны могут распространяться только в упругой среде
В вакууме звуковые волны не распространяются

16.

Звуковые волны
Упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения,
называются акустическими
Частота колебаний таких волн лежит в пределах от 16 до 20000 Гц

17.

Распространение звуковых волн
Скорость распространения звуковых волн определяется
скоростью передачи взаимодействия между частицами
В воздухе при Т = 20°С она равна 343м/с или 1235 км/ч
В воде при Т = 20°С она равна 1483 м/с или 5340 км/ч
В твёрдых телах при Т = 20°С она равна 5000 м/с или 18000
км/ч

18.

Воздействие звука
Децибелы характеризуют степень затухания некоторой энергетической
величины (таких как мощность, энергия, интенсивность) [дБ]
Отношение, выраженное в децибелах, принято
называть уровнем соответствующей физической величины (например,
уровень мощности, уровень напряжения и т. д)
Часто в качестве одной из величин отношения (в знаменателе) выступает
общепринятая исходная (или опорная) величина.

19.

Громкость звука
Уровень интенсивности звука измеряется в беллах, на практике в
децибеллах (1/10 белла) [дБ]
Болевой порог – 120 дБ

20.

ВСЁ
последний кораблик остыл
последний фонарик устал…