Механические колебания и волны

1.

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

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.

3.

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

4.

5. 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)

6.

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

7.

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

8.

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

9.

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

10.

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.

11.

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

12.

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.

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

14. 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.

15.

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

16.

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

колебательной системы.

18.

Превращения энергии при свободных
механических колебаниях
СУЩЕСТВУЕТ ДВА ВИДА МЕХАНИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ:
КИНЕТИЧЕСКАЯ И
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ, КОТОРЫЕ
МОГУТ ПРЕВРАЩАТЬСЯ ДРУГ В
ДРУГА.
Потенциальная
энергия – это
энергия которой
обладают предметы
в состоянии покоя.
Кинетическая
энергия – это
энергия тела
приобретенная
при движении.

19. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Превращения энергии при свободных
механических колебаниях
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ
ВО ВСЕХ ЯВЛЕНИЯХ,
ПРОИСХОДЯЩИХ В ПРИРОДЕ,
ЭНЕРГИЯ НЕ ВОЗНИКАЕТ И НЕ
ИСЧЕЗАЕТ, ОНА ТОЛЬКО
ПРЕВРАЩАЕТСЯ ИЗ ОДНОГО ВИДА
В ДРУГОЙ, ПРИ ЭТОМ ЕЁ
ЗНАЧЕНИЕ СОХРАНЯЕТСЯ.

20.

Превращения энергии при свободных
механических колебаниях

21. Рассмотрим замкнутую систему

Eполн Ek
E пол н E р
E пол н E р
E p Ek
Eполн Ek

22.

23.

24.

25.

Механические волны

26.

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.

27.

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

28.

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

29. График волны.

X
λ
0
y
λ

30.

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

31.

32.

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.

33. 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

34.

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

35.

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