Механические колебания и волны

Механические колебания Механические волны

Колебания Механические колебания – это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени. Виды колебаний: Свободные (происходят без воздействия внешних сил). Вынужденные (происходят под воздействием внешних периодически изменяющихся сил).

Условия возникновения колебаний Система должна находится в устойчивом равновесии. Колеблющееся тело должно обладать достаточно большой инертностью. В системе должны быть достаточно малы силы сопротивления (трения).

Колебания Виды равновесия Колебательные системы Характеристики колебаний Резонанс Расстояние, пройденное колеблющимся телом за время t Уравнение колебаний Решение уравнения колебаний График Гармонические колебания Затухающие колебания

Виды равновесия Неустойчивое Устойчивое Безразличное

Неустойчивое равновесие N N mg

Устойчивое равновесие N N mg

Безразличное равновесие N mg N N

Колебательные системы Колебательная система – это система, в которой могут происходить свободные колебания. (Маятник). Пружинный маятник Математический (нитяной) маятник.

Характеристики колебаний Амплитуда – наибольшее отклонение колеблющейся частицы от положения равновесия. Период – время, за которое происходит одно полное колебание. (Период зависит от параметров колебательной системы.)

Характеристики колебаний Частота – величина, показывающая сколько колебаний происходит за единицу времени. (Частота – величина обратная периоду.) Частота свободных колебаний системы – собственная частота. Фаза колебаний – величина, позволяющая определить состояние колеблющейся системы в данный момент времени.

Фаза колебаний Колебания происходят в одинаковых фазах. Колебания происходят в противоположных фазах. Колебания происходят в различных фазах.

F У V Пружинный маятник. АА F У F У V V F У XX 0 V F У V F У V

времярисунок координата, скорость,уско рение причина изменения скорости энергия t=0 0

А F У 0 А Скорость начинает возрастать под действием силы упругости. t=0

Пружинный маятник А V F У X 0 А Скорость продолжает возрастать под действием силы упругости. 0

Пружинный маятник V 0 АА Скорость достигает максимального значения, движение происходит вследствие инертности тела. t=T/4

Пружинный маятник X 0 V F У А А Скорость меняет свое направление и увеличивается под действием силы упругости. T/4

Пружинный маятник А F У 0 А Тело останавливается. t=T/2

Пружинный маятник V X 0 F У А А Скорость уменьшается под действием силы упругости. T/2

Пружинный маятник АА 0 V Скорость тела достигает своего максимального значения, движение происходит вследствие инертности тела. t=3T/4

Пружинный маятник А А X 0 V F У Скорость тела уменьшается под действием силы упругости. 3T/4

Пружинный маятник А F У 0 Тело останавливается. t=T

Математический (нитяной) маятник 0 V V V V mg TT T T T V V AA XX

Резонанс F внешн Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды колебаний при совпадении чстоты внешней силы и собственной частоты колебаний системы. А F сопр1

Расстояние, пройденное колеблющимся телом за время t

За промежуток времени, равный периоду колебаний колеблющееся тело проходит расстояние равное 4А. S- расстояние, пройденное колеблющимся телом за время t.

F У X 0 Уравнение колебаний

l S mg T

Решение уравнения колебаний

Фаза колебаний

График колебаний Х t 0 А - А

Гармонические колебания Гармонические колебания – колебания, которые происходят под действием силы пропорциональной смещению колеблющейся точки и направленной противоположно этому смещению. Гармонические колебания – это колебания, которые происходят по закону синуса или косинуса.

Затухающие колебания Причина затухания колебаний – силы сопротивления. X t 0

Волны Определение волны Поперечные волны Продольные волны Характеристики волны График волны Уравнение бегущей волны Звуковые волны

Волны Волна – это колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. При распространении волны не происходит распространение частиц, а происходит распространение состояния среды. (Волна не переносит вещество, но переносит энергию). Распространение волны происходит с конечной скоростью.

Волны Поперечная волна – это волна, в которой колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны. Поперечные волны могут распространяться в твердых телах и на границе двух сред.

Поперечная волна

Волны Продольная волна – это волна, в которой колебания происходят вдоль направления распространения волны. Продольные волны могут распространяться в газах, жидкостях и твердых телах.

Продольная волна

Смешанная волна

Характеристики волны Амплитуда – максимальное отклонение частиц от положения равновесия. Длина волны – расстояние между двумя ближайшими точками, совершающими колебания в одной фазе. Период волны – равен периоду колебаний источника волны. (За время равное периоду волна проходит расстояние, равное своей длине). Частота волны – величина обратная периоду. Фаза – величина, характеризующая состояние среды в данной точке.

Профиль волны в определенный момент времени Х S 0 А - А

Уравнение бегущей волны

Интерференция механических волн Интерференция – это явление сложения волн в пространстве.

Звуковые волны характеристики звукахарактеристики волны громкостьамплитуда высотачастота (период) тембрнабор обертонов Звуковые волны – продольные механические волны, частота которых заключена в пределах от 17 Гц до Гц. Скорость звука в воздухе при 0 С равна 331 м/с. 0

Эхо

Реверберация