Термины для повторения: (красные выделено – в тетрадь)
Механические колебания – это физические процессы, точно или приблизительно повторяющиеся через одинаковые интервалы времени.
Колебания, происходящие под действием внутренних сил в колебательной системе, называют свободными.
Вынужденные колебания – это колебания, происходящие под действием внешней периодически меняющейся силы.
Амплитуда – это наибольшее смещение колеблющейся величины от положения равновесия.
Период – это время одного полного колебания.
Частота колебаний – это число колебаний за единицу времени.
Фаза колебаний – это физическая величина определяющая отклонение колеблющейся величины от положения равновесия в данный момент времени.
Резонанс – это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты изменения внешней силы, действующей на систему с частотой свободных колебаний.
Основное содержание урока
Мир удивителен и многообразен. Мы каждый день наблюдаем разные движения тел. Все мы видели, как раскачивается ветка на ветру, лодка на волнах, качели, деревья при ветре. Чем эти движения отличаются от движения тележки движущейся прямолинейно? Мы видим, что в отличие от движения тележки движущейся прямолинейно, движения всех этих тел повторяются через определенный промежуток времени.
Механические колебания – это физические процессы, точно или приблизительно повторяющиеся через одинаковые интервалы времени.
Колебания играют огромную роль в нашей жизни. Примерами колебаний в нашем организме являются биение сердца, движение голосовых связок. Колебания происходят и в жизни нашей планеты (приливы, отливы, землетрясения) и в астрономических явлениях (пульсации звезд). Одним из грозных явлений природы является землетрясение – колебание земной поверхности. Строители рассчитывают возводимые ими сооружения на устойчивость при землетрясении.
Без знания законов колебаний нельзя было бы создать, телевидение, радио и многие современные устройства и машины. Неучтенные колебания могут привести к разрушению сложных технических сооружений и вызвать серьезные заболевания человека. Все это делает необходимым их всестороннее изучение.
Основным признаком колебательного движения является его периодичность. Колеблющееся тело за одно колебание дважды проходит положение равновесия. Колебания характеризуются такими величинами как период, частота, амплитуда и фаза колебаний.
Амплитуда – это наибольшее смещение колеблющейся величины от положения равновесия.
При малых амплитудах путь пройденный телом за одно полное колебание равен примерно четырем амплитудам.
Промежуток времени, в течение которого тело совершает одно полное колебание, называют периодом колебаний.
Период – это время одного полного колебания.
Чтобы найти период колебаний нужно разделить время колебаний на число колебаний.
формулу в тетрадь
[T] = 1с
Частота колебаний – это число колебаний за единицу времени.
формулу в тетрадь! Это не V и не скорость, а буква «Ню», пишите символ верно!
[ v ] = 1 Гц (герц)
Единица частоты названа в честь немецкого ученого Г. Герца.
Фаза колебаний – это физическая величина определяющая отклонение колеблющейся величины от положения равновесия в данный момент времени.
формулы в тетрадь
[ω] = 1 рад/ с
Во всех колебательных системах действуют силы, стремящиеся вернуть тело в состояние устойчивого равновесия. Существуют несколько типов маятников: нитяные и, пружинные и т.д. Под словом «маятник» понимают твердое тело способное совершать колебания под действием приложенных сил около неподвижной точки или вокруг оси.
Мы с вами будем рассматривать пружинный и математический маятники.
Пружинный маятник. Колебательная система в этом случае представляет собой тело, прикрепленное к пружине. Колебания в таком маятнике возникают под действием силы упругости пружины и силы тяжести.
Период колебаний пружинного маятника:
в тетрадь
T- период колебаний пружинного маятника
m – масса подвешенного груза
𝑘 – жесткость пружины
Математический маятник.
Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на длинной нерастяжимой нити.
Математический маятник - это идеализированная модель. Реальный маятник можно считать математическим, если длина нити много больше размеров подвешенного тела и масса нити ничтожна по сравнению с массой тела. Колебания такого маятника происходят под действием силы натяжения нити и силы тяжести. Формула для расчета периода колебаний математического маятника была выведена Гюйгенсом.
в тетрадь
T – период колебаний математического маятника
𝑙 – длина нити маятника
𝑔 – ускорение свободного падения
Гюйгенс доказал, что период малых колебаний маятника не зависят от времени. Используя это свойство, названное изохронностью маятника Гюйгенс в тысяча шестьсот пятьдесят седьмом году, сконструировал первые маятниковые часы. Это свойство маятника было открыто 19-летним Галилеем более чем за 20 лет до открытия Гюйгенса. Наблюдая за тем, как раскачиваются в соборе светильники, подвешенные на нитях одинаковой длины, он заметил, что их период колебаний не зависит от времени. Наручных часов тогда не было, и юный Галилей пришёл к решению, которое для многих поколений будет служить образцом блеска и остроумия человеческой мысли: он сравнил колебания маятника с частотой биения собственного сердца.
Разбор тренировочных заданий. Оформите задачи правильно!
1. Найдите массу груза, который на пружине жесткостью 250 Н/м делает 20 колебаний за 16 с.
Дано:
𝑘=250 Н/м
N= 20
t= 16 с
_______
m=?
Решение:
Напишем формулу периода пружинного маятника
T=2π√(m/k)
Из этой формулы выразим массу
Период колебаний груза найдём через время колебаний и число колебаний по формуле:
Подставляем числовые значения величин
T=0,8 с.
Следовательно масса равна:
m=4 кг
Ответ: m=4 кг
Домашнее задание:
1. По графику, приведённому на рисунке, найти амплитуду, период и частоту колебаний. (0,2 м; 8 с; 0,125 Гц.)
2. В Исаакиевском соборе в Петербурге висел маятник с длиной подвеса 98 м. Чему равен период его колебаний? Сколько колебаний он совершит за 1 минуту? Подсказка: это математический маятник, значит и формула нахождения периода для математического маятника (20 с, 3 колебания.)