МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Подготовила Анастасия Сайкова, 11 Б Saikpress

Период и частота колебаний n Колебательное движение чрезвычайно широко распространено в природе и технике. Колеблются деревья и волны на ветру, струны рояля и гитары, детали станков и двигателей. Биение сердца, дыхательные движения грудной клетки, шаги ног при ходьбе – все это тоже примеры колебательных движений.

n На верхнем рисунке синий шарик совершает колебания, а нижнем рисунке – обращение. Колебания и обращение – разновидности периодических движений. Отличительной особенностью колебания является обязательное наличие на траектории колеблющегося тела некоторого положения устойчивого равновесия.

n Аналогично обращениям, одной из характеристик колебаний является период колебаний – время, за которое колеблющееся тело совершит одно полное колебание (образно говоря, "туда" и "назад"). Величина, обратная периоду, называется частотой.

n Единица измерения частоты колебаний – 1 герц (1 Гц = 1/с = с-1). Механические колебания разной частоты наш организм воспринимает по-разному. Например, колебания воздуха с частотой 2 Гц наше тело чувствует как вибрацию (дрожание). Частоту 20 Гц наше тело уже не ощущает, зато ухо слышит ее как низкий "басистый" звук. Механические колебания с частотой в пределах 20 Гц – 20 к Гц наш орган слуха (ухо) воспринимает как звук.

Амплитуда колебаний n Амплитудой колебаний называют модуль наибольшего смещения колеблющегося тела (материальной точки) от положения равновесия. Единица измерения амплитуды – 1 метр.

n Подвесим на нити воронку с песком, который сыплется вниз тонкой струйкой. Под воронкой положим длинную доску. Толкнув воронку, заставив ее качаться влево-вправо. Возьмемся за край доски и будем равномерно вытягивать ее из под воронки. На доске тот час же образуется волнистая песчаная линия, в математике называемая синусоидой.

n Видоизменим опыт. При помощи скрепок прикрепим к воронке листок бумаги. Теперь при качаниях воронки атмосферный воздух будет оказывать бо'льшую помеху ее движению, и колебания воронки станут затухающими. В этом случае песочная линия будет выглядеть так, как показано на правом графике. Там видно, что амплитуда затухающих колебаний с течением времени уменьшается.

Математический маятник n Математическим маятником называют материальную точку, подвешенную на тонкой, невесомой и нерастяжимой нити. Например, камешек, подвешенный на нити длиной около метра, вполне можно принять за математический маятник.

Вынужденные колебания n Особую разновидность вынужденных колебаний составляют так называемые автоколебания (греч. "автос" – сам). n Автоколебаниями называют незатухающие колебания, происходящие за счет энергии, периодическое поступление которой регулируется самим колеблющимся телом.

Механические волны n Явление распространения колебаний в пространстве с течением времени называется волной. Механические волны бывают поперечными и продольными:

n На верхнем чертеже вы видите поперечную волну, а на нижнем – продольную. Обе они бегут вправо. n Колебания частиц поперечной волны происходят перпендикулярно (поперек) направлению распространения волны, а колебания частиц продольной волны – вдоль этого направления.

n Физическая величина, равная отношению длины волны (l) к периоду колебаний ее частиц (T), называется скоростью волны. Расстояние между двумя ближайшими частицами среды, находящимися в одинаковом состоянии, называется длиной волны.

Звуковые волны n Скорость звука в воздухе » 330 м/с. В жидкостях звук распространяется быстрее. В твердых телах – еще быстрее. В стальном рельсе, например, звук распространяется со скоростью » 5000 м/с. n Скорость распространения звуковых волн в разных средах неодинакова. Медленнее всего звук распространяется в газах. Именно поэтому гром сильно запаздывает после вспышки молнии. Если гроза от нас далеко, то раскат грома можно услышать даже спустя секунд.

n Акустический резонанс. Название этого явления происходит от латинского слова "резонно" – откликаюсь. Познакомимся с ним на опыте. Расположим два камертона рядом, повернув их друг к другу теми сторонами ящичков, где нет стенок. Ударим один из камертонов молоточком. Через 5-10 секунд заглушим его рукой. Удивительно, но теперь будет звучать второй камертон, который мы не ударяли молоточком!

Свойства механических волн n Отражение волн. n Преломление волн. n Дифракция волн. n Интерференция волн.

n механические волны любого происхождения обладают способностью отражаться от границы раздела двух сред n Отклонение волн от прямолинейного распространения, то есть огибание ими препятствий, называется явлением дифракции n в пространстве, где распространяются несколько волн, их интерференция приводит к возникновению областей с минимальным и максимальным значениями амплитуды колебаний