Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №30 "Маятники. Механические волны."
Определение. Свободные колебания – это колебания, возникающие в системе под действием внутренних сил после того, как ее вывели из положения равновесия (после кратковременного действия внешней силы).Примеры свободных колебаний: колебания свободных маятников, колебания струны гитары после удара и т.п.Определение. Вынужденные колебания – это колебания, которые совершаются под действием внешней периодически изменяющейся силы.Примеры вынужденных колебаний: колебания мембраны динамика, поршня в цилиндре камеры внутреннего сгорания и т.п.Определение. Резонанс – это явление резкого возрастания амплитуды колебаний тела, при совпадении собственной частоты колебаний системы с частотой колебаний внешней силы.Замечание. Собственная частота определяется параметрами колебательной системы.Примеры резонанса: мост, который может разрушиться, если по нему пройдутся солдаты, маршируя в ногу; лопающийся от голоса певца хрустальный бокал и т.п.Определение. Автоколебания – незатухающие колебания, которые существуют в системе за счет регулируемого самой системой поступления энергии от внешнего источника.Примеры автоколебаний: колебания маятника в часах с гирьками, колебания электрического звонка и т.п.
3. Маятники
Замечание. Колебания рассматриваемых маятников являются гармоническими. Определение. Математический маятник – это система, представляющая собой материальную точку на длинной невесомой нерастяжимой нити, которая совершает свободные малые колебания под действием равнодействующей силы тяжести и силы натяжения нити.
– период колебаний математического маятника, сГде l – длина нити, мЗамечания:1) Формула периода корректна при условии того, что нить намного длиннее линейных размеров груза и что колебания малые;2) Период не зависит от массы груза и от амплитуды колебаний;3) Период зависит от длины нити (нагрев/охлаждение) и от ускорения свободного падения (горные районы, широта местности).Определение. Пружинный маятник – колебательная система, состоящая из тела, закрепленного на упругой пружине, которое совершает свободные малые колебания.
Замечание. В простейшем случае рассматриваются колебания в горизонтальной плоскости вдоль поверхности без учета сил трения. – период колебаний пружинного маятника, сГде m – масса груза, кгk – жесткость пружины, Н/мЗамечания:1) Формула периода корректна при условии того, что колебания малые;2) Период не зависит от амплитуды колебаний;3) Период зависит от массы груза и жесткости пружины.Превращение энергии при гармонических колебаниях:1) Математический маятник: ;2) Пружинный маятник (горизонтальный) .
4. Механические волны
Замечание. Если, возникнув в одном месте механические колебания, распространяются в соседние области пространства, заполненного веществом, то говорят про волновое движение.Определение. Механическая волна – это процесс распространения механических колебаний в какой-либо среде. Виды волн: 1) Поперечные волны – это такие волны, в которых направление колебаний перпендикулярно к направлению распространения волны. Примеры поперечных волн: волны на воде, волны в хлысте и т.п.2) Продольные волны – это такие волны, в которых направление колебаний параллельно к направлению распространения волны.Пример продольных волн: звуковые волны. Определение. Длина волны ( ) – минимальное расстояние между двумя точками волны с одинаковой фазой колебаний, т.е. в упрощенной формулировке – это расстояние между соседними гребнями или впадинами волны. Оно же – расстояние, которое проходит волна за один период колебаний.
– длина волны, мГде υ – скорость распространения волны, м/сT – период колебаний, сν – частота колебаний, ГцОпределение. Звуковые волны (звук) – механические продольные упругие волны, распространяющиеся в среде.Диапазоны звуковых волн (по частотам):1) Инфразвук: , может оказывать неблагоприятное воздействие на организм человека;2) Слышимый звук: ;3) Ультразвук: частота более 20000 Гц, некоторые животные чувствительны к ультразвукам, летучие мыши используют его для ориентирования в пространстве, используется в технологиях эхолокации и ультразвукового исследования в медицине.Замечания:1) Скорость звука – это скорость передачи упругой волны в среде, как правило она тем больше, чем более плотной является вещество. Скорость звука в воздухе ;2) Громкость звука характеризуется амплитудой и частотой колебаний частиц упругой среды;3) Высота тона звука определяется частотой колебаний частиц упругой среды.Определение. Эхолокация – технология измерения расстояний до объектов с помощью излучения звука и регистрации задержки времени до приема его эха, т.е. отражения звука от границы раздела сред. Как правило, в этой технологии используется ультразвук.
– расстояние до объекта в эхолокации, мГде c – скорость звука в среде, м/сt – интервал времени прохождения звука до цели и обратно, с