Механические колебания и волны

Омск 2009 год

маятник
3. Гармонические колебания
3.1. Понятие
3.2. Уравнение и графики
3.3. Превращение энергии
4. Вынужденные

колебания
4.1. Собственная частота
4.2. Резонанс
5. Автоколебания
6. Волны
7. Поперечные и продольные волны
8. Волны в среде
9. Звуковые волны
10. Свойства волн
10.1. отражение и преломление волн
10.2. Интерференция волн
10.3.Дифракция волн
10.4. Поляризация волн

приблизительно повторяются через определенные интервалы времени.
Механические колебания и волны –
раздел

механики, изучающий особый вид движения – колебания, а так же распространение колебаний в пространстве

п.)

Виды колебаний
Свободные
Вынужденные
Автоколебания
Колебательная система – это система тел, совершающих колебание.

энергии) и при отсутствии внешних воздействий на колебательную систему.

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.

Реальный маятник можно считать математическим, если длина нити  много больше

размеров подвешенного на ней тела, масса нити ничтожна мала по сравнению с массой тела, а деформации нити настолько малы, что ими вообще можно пренебречь.

Колебательную систему в данном случае образуют нить, присоединенное к ней тело и Земля, без которой эта система не могла бы служить маятником.

Причинами свободных колебаний математического маятника являются:
1.  Действие на маятник силы натяжения и силы тяжести, препятствующей его смещению из положения равновесия и заставляющей его снова опускаться.
2. Инертность маятника, благодаря которой он, сохраняя свою скорость, не останавливается в положении равновесия, а проходит через него дальше.
.
Период свободных колебаний математического маятника не зависит от его массы, а определяется лишь длиной нити и ускорением свободного падения в том месте, где находится маятник.

Период свободных колебаний математического маятника

период колебаний равны, соответственно:

со временем по закону синуса или косинуса
уравнения гармонических колебаний (законы

движения точек) имеют вид

координаты х.
качественные графики зависимостей кинетической и потенциальной энергии от

времени.

поступлении энергии извне к колебательной системе)

Частота вынужденных колебаний равна частоте

изменения внешней силы
Если Fbc изменяется по закону синуса или косинуса, то вынужденные колебания будут гармоническими

колебаний (происходит наиболее полная передача энергии от одной колебательной системы

к другой )

Чем меньше трение, тем больше возрастает амплитуда резонансных колебаний
Резонанс наблюдается, когда частота собственных колебаний совпадает с вынужденной частотой V = Vo

колебательной системы

в пространстве с течением времени.
Уравнение волны

волны,
Деформация сдвига в твердых телах, на поверхности жидкости

Продольные – это

волны, в которых частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны.
Деформация сжатия в газах, жидкостях, твердых телах

Причины возникновения механических волн
Упругая среда (частицы среды взаимодействуют за счет сил упругости)
Инертность частиц
Волны и энергия
Вместе с колебаниями волной переносится энергия колебаний, хотя сами носители этой энергии, колеблющиеся частицы, с волной не переносятся
Волна является переносчиком энергии

Волны в среде.
Волновая поверхность –

геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе
Волновой фронт – геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t
Луч – линия перпендикулярная волновой поверхности (эта линия показывает направление распространения волны)

Виды волн

от 16 до 2104 Гц воздействуют на органы слуха человека,

вызывают слуховые ощущения и называются слышимыми звуками. Звуковые волны с частотами менее 16 Гц называются инфразвуками, а с частотами более 2104 Гц – ультразвуками.

Восприятие звука органами слуха зависит от того, какие частоты входят в состав звуковой волны.

Скорость звука в воздухе
приблизительно 330 м/с

Высота тона зависит от частоты: чем больше частота, тем выше тон.

Громкость звука зависит от интенсивности звука, т.е. определяется амплитудой колебаний в звуковой волне. Наибольшей чувствительностью органы слуха обладают к звукам с частотами от 700 до 6000 Гц.

волн. Огибающая элементарных волн дает новое положение волнового фронта
Принцип суперпозиции

волн
При распространении в среде нескольких волн каждая из них распространяется так, как будто другие волны отсутствуют

лежат в одной плоскости
2. Отношение синусов угла падения и угла

преломления есть величина постоянная и равна отношению скоростей волны в этих средах

Законы преломления

лежат в одной плоскости 2. Угол падения равен углу отражения

Законы отражения

α=β

при наложении когерентных волн
Когерентные волны – это волны одинаковой частоты

с постоянной разностью фаз

(огибание волнами препятствий)

Условие: размеры препятствия должны быть сравнимы с длиной

волны

(при помощи поляризатора)

вблизи пролетает самолет?
А) резонанс Б) дифракция В) преломление

3.

Высота звука определяется
А) частотой Б) амплитудой В) длиной волны

4. Слышать друг друга в густом лесу мы можем только благодаря
эффекту
А) отражения Б) дифракции
В) преломления волн


5. Каков период на рисунке 1?
А) 20см Б) 8с В) 2м

1. Какое изображение не отражает явление интерференции волн?
А)1 Б)2 В)3

2

1

3

Тест по теме

Рис. 1

Б

5 Б