Механические колебания (урок 11,12,14)

1. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ (урок 11,12,14)

Примечание:
в конспекте должно быть все, что
записано красным, бордовым цветом или
выделено красным.
Формулы, схемы должны быть
представлены все.
Материал представленный черным
цветом дополнительный.
Материал представленный курсивом для
прочтения.

2.

Механические колебания -движения,
которые точно или приблизительно
повторяются через одинаковые
промежутки времени.

3.

4. Гармонические колебания -

Гармонические колебания колебания, при которых физическая величина меняется по
закону синуса или косинуса.
х =Хмак cos ( φ0 + ωt)
х =Хмак sin ( φ0 + ωt)

5.

Механические колебания
Колебательное движение характеризуют :
А – амплитуда; Т – период; v – частота;
ω - циклическая частота; φ – фаза.
X, см
Т
v = 0,125 Гц
15 T
10 - - - - - - - - - -
--------
50
A
t, с
5-
2
4
6
8
10 - - - - - - - - - -
12
14
-------T
15 -
10

6.

1.Амплитуда колебаний (А или Хмак )– это
максимальное значение изменяющейся физической
величины.
2.Период колебаний (Т)– это время, за которое
совершается одно колебание. (с)
Т=1/ ν

7.

3.Частота колебаний (ν или f )– это физическая
величина, равная числу колебаний,
совершаемых за одну секунду. (Гц).
ν=1/Т
4. Циклическая частота (ω) - физическая
величина равная числу полных колебаний за
время 2π секунд (рад/с)
ω= 2πν =2π/T

8.

5. Фаза ( φ) – угловая мера времени, прошедшего от
начала колебаний т.е. определяет состояние
колебательной системы в произвольный момент
времени (радиан).
φ = φ0 + ωt
φ0 –начальная
фаза

9.

Виды колебаний
Затухающие колебания – это колебания,
амплитуда которых, под действием сил трения
или сопротивления, со временем уменьшается, и
через некоторый промежуток времени
становится равной «0», т.е. тело останавливается
в точке равновесия.

10.

Незатухающие колебания – это колебания,
амплитуда которых со временем не изменяется,
силы трения, сопротивления
отсутствуют.

11.

Свободные колебания – колебания, происходящие под
действием внутренних сил в колебательной системе за счёт
первоначального запаса энергии.
Условия возникновения
свободных колебаний
1. Колебательная система
должна иметь положение
устойчивого равновесия.
2. При выведении системы
из положения равновесия
должна возникать
равнодействующая сила,
возвращающая систему в
исходное положение
3. Инертность системы
4. Силы трения
(сопротивления) очень малы.

12. Вынужденные колебания – колебания, происходящие под воздействием внешних сил, периодически изменяющихся с течением времени.

13. 1) Формула периода колебания пружинного маятника m – масса груза, кг. k – коэффициент жесткости пружины, Н/м.

1) Формула периода колебания
пружинного маятника
T=2π
m
k
m – масса груза, кг.
k – коэффициент жесткости пружины, Н/м.

14.

2) Формула периода колебания
математического маятника
T=2π
g
l – длина нити маятника, м.
g – ускорение свободного падения
(9,8 м/с2).

15.

16. Резонанс – явление резкого увеличения амплитуды колебаний при совпадении частоты вынуждающей силы с собственной частотой

колебательной системы.

17.

Механические волны

18.

Механические волны – процесс
распространения механических колебаний в
различных средах – в твёрдых, жидких и
газообразных телах.
Скорость волны (v, м/с) - это скорость распространения
колебаний в упругой среде. Скорость волны равняется
произведению длины волны на её частоту.
Частота (
ν , Гц)
Длина волны ( λ, м ) – расстояние, на которое
распространяется волна за время, равное одному
периоду. Длина волны равняется произведению
скорости волны на её период.

19.

Поперечная волна – волна, при распространении
которой частицы среды колеблются поперёк
направления её распространения.
Пример - морские волны

20.

Продольная волна – волна, при
распространении которой частицы
среды колеблются вдоль
направления её распространения.
Пример –
звуковые волны.

21. График волны.

X
λ
0
y
λ

22.

Звуковые волны – упругие волны,
способные вызывать слуховые
ощущения.
Органы слуха человека
способны воспринимать звуки с
частотой в пределах примерно
от 16 Гц до 20000 Гц.
Продольные волны в среде с
частотой изменения давления менее
16 Гц называют ИНФРАЗВУКОМ,
с частотой более 20000 Гц –
УЛЬТРАЗВУКОМ.
Инфра- и ультразвуковые волны не
воспринимаются человеческим ухом.
Восприятие звука органами
слуха зависит от того, какие частоты
входят в состав звуковой волны.
Скорость звука в воздухе
приблизительно 330 м/с

23. Обязательное домашнее задание

1. Решить задачи из
задачника «Физика»
А.П.Рымкевича.
№ 419, 431, 442
2. Проанализировать
уравнения колебаний:
Х = 2cos 4t
X = 10 cos (5πt+π/3)
X= 4sin (π/2)t
X = 12 sin (2πt+π/4)

24.

25.

Эхо – это звуковые волны, отражённые от
какого-либо препятствия
и возвратившиеся к своему источнику.
Реверберация – увеличение
длительности звука, вызванное его
отражениями от различных
препятствий.
Звук – продольная механическая волна определенной частоты

26. Скорость распространения звука в различных средах:

в газах
в жидкостях < в твёрдых
телах
Воздух Вода обычная v = 331 м/с
v = 1497 м/с
Водяной пар - Ртуть v = 494 м/с
v = 1451 м/с
Железо v = 5850 м/с
Медь v = 4700 м/с

27.

Громкость звука определяется его амплитудой (т.е. интенсивностью).
Звуковые волны с большой амплитудой изменения звукового давления
воспринимаются человеческим ухом как громкие звуки, с малой – как тихие,
т.е., чем больше амплитуда колебаний в звуковой волне, тем звук громче.
Наибольшей чувствительностью органы слуха обладают к звукам с
частотами от 700 до 6000 Гц.
График зависимости громкости звука от амплитуды колебаний

28.

Высота звука определяется его частотой. Звуковые колебания
высокой частоты называются звуками высокого тона, низкой –
низкого тона, т.е., чем больше частота колебаний в звуковой
волне, тем выше звук.
График зависимости высоты звука от частоты колебаний

29. Плетизмография

Плетизмография (от греч. plethysmós — увеличивание и... графия) в
медицине, физиологии, метод непрерывной графической регистрации
изменений объёма, отражающих динамику кровенаполнения сосудов
исследуемых органов, части тела человека или животного. П.
пользуются при изучении функционального состояния сердечнососудистой системы, изменений распределения крови в организме при
физической и умственной работе, утомлении, различных эмоциях, а
также под влиянием тепла, холода, тактильных и др. раздражителей,
гипо- и гипертензивных веществ. В клинике П. служит для оценки
тонуса и эластичности сосудов, пульсового объёма крови, состояния
центральной нервной системы, для исследования кортиковисцеральных отношений (по реакции сосудов на различные
раздражители). Основная часть простейшего плетизмографа (рис.) —
сосуд соответствующих размеров и формы, в который помещают
исследуемый орган (например, руку, ногу, палец), а в экспериментах
на животных — также почку, сердце, селезёнку. Сосуд, заполненный
водой, герметично закрывают (на рис. — резиновой манжеткой).
Изменения уровня воды в приборе отражают колебания
кровенаполнения сосудов органа и регистрируются в виде кривой,
называют плетизмограммой (на ней различимы мелкие — пульсовые
и более крупные — дыхательные колебания кровяного давления, а
также крупные волны, отражающие реакции сосудов на различные
раздражения). Более совершенные методы П.: фотоплетизмография,
при которой свет направляется через исследуемый орган (например,
ухо, палец) на фотоэлемент или используется отражённый от органа
свет; реоплетизмография (см. Реография) и диэлектрография
(ёмкостная П.), основанные на прямой регистрации колебаний
электрических свойств исследуемого органа, что отражает динамику
его кровоснабжения.
Рисунок 1 (1 — цилиндр; 2 — резиновая манжетка; 3 — трубка для
соединения бутыли с прибором; 4 — трубка для соединения прибора с
капсулой Марея; 5 — бутыль для воды; 6 — барабан кимографа)
Рис.1