Презентация темы «Механические колебания и волны» Подготовила: Попкова Екатерина
Колебания
Колебания - один из самых распространенных процессов в природе и технике. Колеблются высотные здания и высоковольтные провода под действием ветра, маятник заведенных часов и автомобиль на рессорах во время движения, уровень реки в течение года и температура человеческого тела при болезни. Звук - это колебания плотности и давления воздуха, радиоволны - периодические изменения напряженностей электрического и магнитного полей, видимый свет - тоже электромагнитные колебания, только с несколько иными длиной волны и частотой. Землетрясения - колебания почвы, приливы и отливы - изменение уровня морей и океанов, вызываемое притяжением Луны и достигающее в некоторых местностях 18 метров, биение пульса - периодические сокращения сердечной мышцы человека и т. д. Смена бодрствования и сна, труда и отдыха, зимы и лета. . . Даже наше каждодневное хождение на работу и возвращение домой попадает под определение колебаний, которые трактуются как процессы, точно или приближенно повторяющиеся через равные промежутки времени (повторяющееся движение по одной и той же траектории).
Одним из грозных явлений природы является землетрясение – колебание земной поверхности. Строители рассчитывают возводимые ими сооружения на устойчивость при землетрясении.
Точное описание свободных колебаний затруднительно, однако легко видеть, что они обладают следующими свойствами: 1. Развитие движения во времени зависит от того, как оно началось. 2. Движение постепенно затухает. 3. При своем движении цепь не имеет какой-либо oпределеной формы; с течением времени форма цепи изменяется (однако в конце движения колебания часто характеризуются более или менее отчетливой формой). 4. Совершенно невозможно указать "частоту" колебаний (с течением времени, однако, движение может принять определенную частоту).
Колебания бывают механические, электромагнитные, химические, термодинамические и различные другие. Несмотря на такое разнообразие, все они имеют между собой много общего
Свободные колебания После того как по струне рояля ударит один из молоточков, струна продолжает "сама по себе" совершать колебания - свободные колебания.
Затухающие колебания Одна характерная особенность свободных колебаний: такие колебания затухают. Этот эффект объясняется наличием трения; иногда его называют демпфированием.
Процесс распространения колебаний среди множества взаимосвязанных колебательных систем называют волновым движением.
Колебания в колебательной системе, не подвергающейся переменным внешним воздействиям, вследствие какого – либо отклонения этой системы от состояния устойчивого равновесия называют свободными колебаниями. Примером свободного колебания могут служить колебания маятника, зажатого в тисках пружины, колебания груза, подвешенного на пружине, колебания струны после того, как её выведут из положения равновесия и предоставят самой себе.
Если полость маятника наполнить чернилами, то при колебаниях маятника вытекающие из него чернила вычертят на равномерно движущейся относительно точке подвеса маятника бумажной ленте кривую. Так как бумажная лента двигалась равномерно, то полученная кривая показывает, как с течением времени изменялось положение маятника относительно положения равновесия, то есть зависимость смещения маятника от времени. Такие кривые называются осциллограммами. Слово «осциллограмма» происходит от латинского слова oscillum – колебание и греческого слова grafio – пишу.
Естественным приёмником звуковых волн является ухо. Ухо является исключительно чувствительным органом. Чувствительность уха такова, что мы воспринимаем звук уже при давлении звуковой волны, равном 10 – 6 Па. Чувствительность уха не одинакова к звуковым колебаниям разных частот. В области низких частот чувствительность уха снижается. Так, чувствительность к звуку частотой 100 Гц приблизительно в 1000 раз меньше, чем к звуку частотой 1000 Гц. Чувствительность уха к звукам высокой частоты меняется с возрастом: в детстве мы слышим высокочастотные звуки лучше, чем в зрелом возрасте. При столь большой чувствительности наше ухо выдерживает звуковые колебания, создающие большие давления. Наш слух обладает и исключительной изобразительной способностью. Среди множества разговаривающих людей мы способны выделить негромкую речь одного человека. Дирижер симфонического оркестра слышит звуки отдельных инструментов.
Словарь Колебания - движение, при котором координата тела периодически повторяется. Вынужденные колебания - колебания, происходящие под действием вынуждающей силы. Гармонические колебания - колебания, происходящие по закону sin или cos. Математический маятник - подвешенный на тонкой невесомой нити груз, размерами которого можно пренебречь по сравнению с размерами нити. Амплитуда(А=Х mах) - максимальным смещением от положения равновесия. Демпфирование - характерная особенность свободных колебаний(объясняется наличием трения). Кинетическая энергия (Ек) - энергия, которая определяется скоростью тела.
Маятники
Математический маятник подвешенный на тонкой невесомой нити груз, размерами которого можно пренебречь по сравнению с размерами нити. Вывод формулы для расчёта силы упругости Формула для расчёта периода математического маятника
Пружинный маятник - невесомая пружина, к которой прикреплено тело массой m.
Словарь Теория колебаний - специальный раздел физики, занимающийся изучением закономерностей колебаний. Свободные колебания - колебания, происходящие под действием собственных сил системы. Маятник - модель для изучения колебаний. Пружинный маятник - невесомая пружина, к которой прикреплён груз массой m. Период(T=t/N) - время, в течении которого тело совершает 1 полное колебание Частота (V = N/t) - количество колебаний в единицу времени. Резонанс - резкое возрастание амплитуды колебаний, в результате совпадения собственной частоты с частотой вынуждающей силы. Потенциальная энергия(Ер) - энергия, которая определяется взаимным расположением тел.
Волны
Чтобы понять, каким образом механические колебания от одной колебательной системы передаются другой, связанной с ней, рассмотрим колебания системы шариков, укреплённых на стальных спицах и связанных между собой резиновой нитью. Если отклонить от положения равновесия крайний шарик так, как это показано на рисунке, то он будет оттягивать от положения равновесия второй шарик, второй шарик будет оттягивать третий и т. д. Когда мы отпустим первый шарик, он придет в колебательное движение, которое благодаря связи между шариками передаётся всем остальным. Однако колебания от первого шарика передаётся остальным не мгновенно, а с некоторой конечной скоростью. Из за конечной скорости распространения колебаний шарики начинают колебаться с запозданием, и их положение в пространстве имеет форму знакомой волны.
Причиной звуковых ощущений является действия на органы слуха продольных волн, распространяющихся в воздухе (или другой упругой среде) под влиянием механических колебаний какого либо тела ( источника звука). Наличие упругой среды – обязательное условие для возникновения звуковых волн. Чтобы убедится в этом, поместим под стеклянный колокол, полость которого соединена с воздушным насосом, карманный радиоприёмник. Под приёмник положим мягкую прокладку, необходимую для того, чтобы его колебания не передавались колоколу, а от него крышке демонстрационного стола. Включив приёмник, мы услышим достаточно громкий звук. Если из-под колокола выкачивать воздух, то громкость звучания постепенно убывает и звук наконец исчезает. Впустив под колокол воздух, вновь услышим громкий звук. Наше ухо воспринимает колебания в интервале частот приблизительно от 20 до 20 000 Гц. Скорость звуковых волн в воздухе при температуре 0°С равна 334 м/с. Следовательно, длины звуковых волн в воздухе принимают значения от λ 1 ≈ 17 м до λ 2 ≈ 0, 017 м.
Субъективной характеристикой звука является его громкость. Громкость звука зависит не только от звуковой волны, но и от чувствительности уха. Единицу громкости называют белом (Б) в честь физика Генриха Бела. Однако на практике пользуются дольной единицей – децибелом (д. Б). Весь диапазон воспринимаемых ухом звуковых волн соответствует громкости от 0 до 130 д. Б.
Скачать презентацию темы «Механические колебания и волны» Подготовила: Попкова
Механические колебания.ppt