Презентация "Механические колебания" (1 класс) по физике – проект, доклад

Механические колебания

Механические колебания – это движение, которые повторяются через определенные интервалы времени.

Вынужденные колебания – происходят под действием внешней, периодически изменяющейся силы.

Колебательные системы.

Примеры колебаний, изображенные на рисунках: колебания математического маятника, колебания жидкости в U-образной трубке, колебания тела под действием пружин, колебания натянутой струны.

Условия возникновения механических колебаний

Наличие положения устойчивого равновесия, при котором равнодействующая равна нулю Хотя бы одна зависит от координат Наличие в колеблющейся материальной точке, избыточной энергии Если вывести тело из положения равновесия, то равнодействующая не равна нулю Сила трения в системе малы

Для возникновения колебания тело необходимо вывести из положения равновесия, сообщив либо кинетическую энергию (удар, толчок), либо – потенциальную (отклонение тела). Примеры колебательных систем: 1. Нить, груз, Земля. 2. Пружина, груз. 3. Жидкость в U-образной трубке, Земля. 4. Струна.

Превращение энергии при колебательном движении

mg E=0; v=0 E=Eпmax v=vmax E=Eкmax E= Eк+ Eп

В неустойчивом равновесии имеем:

Eп Eк Eп Eк

За полное колебание:

Выполняется закон сохранения энергии: сумма кинетической и потенциальной энергий остается неизменной

Параметры колебательного движения

1. Смещение х - отклонение колеблющейся точки от положе­ния равновесия в данный момент времени (м). 2. Амплитуда хмax - наибольшее смещение от положения равновесия (м). Если колебания незатухающие, то амплитуда постоянна. 3. Период Т — время, за которое совершается одно полное колебание. Выражается в секундах (с). 4. Частота  — число полных колеба­ний за единицу времени. В СИ измеряется в герцах (Гц).Частота колебаний равна одному герцу, если за 1 секунду совершается 1 полное колебание. 1 Гц= 1 с-1. 5. Циклической (круговой) частотой  периодических колебаний наз. число полных колебаний, которые совершаются за 2 единиц времени (секунд). Единица измерения – с-1. 6. Фаза колебания -  - физическая величина, определяющая смещение x в данный момент времени. Измеряется в радианах (рад).Фаза колебания в начальный момент времени (t=0) называется начальной фазой (0).

Гармонические колебания

Колебания, при которых изменения физических величин происходят по закону косинуса или синуса Выражение, стоящее под знаком cos или sin, наз. фазой колебания: Фаза колебания измеряется в радианах и определяет значение смещения (колеблющейся величины) в данный момент времени. Амплитуда колебания зависит только от начального отклонения

Скорость при гармонических колебаниях.

Согласно определению скорости, скорость – это производная от координаты по времени Таким образом, мы видим, что скорость при гармоническом колебательном движении также изменяется по гармоническому закону, но колебания скорости опережают колебания смещения по фазе на /2. Величина - максимальная скорость колебательного движения (амплитуда колебаний скорости). Следовательно, для скорости при гармоническом колебании имеем:

Ускорение при гармонических колебаниях

Ускорение – это производная от скорости по времени:

Тогда:

Ускорение при гармоническом колебательном движении также изменяется по гармоническому закону, но колебания ускорения опережают колебания скорости на /2 и колебания смещения на  (говорят, что колебания происходят в противофазе).

Величина

- максимальное ускорение

- вторая производная смещения прямо пропорциональна (с противоположным знаком) смещению. Такое уравнение наз. уравнением гармонического колебания

Свободные колебания математического маятника

Математический маятник- модель – материальная точка, подвешенная на нерастяжимой невесомой нити.

Выведем маятник из положения равновесия:

Т.к. мал, то отсюда:

Ускорение материальной точки математического маятника пропорциональна смещению S

Период колебания

Сравним полученное уравнение с уравнением колебательного движения

Видно, что или

- циклическая частота при колебаниях математического маятника.

Период колебаний

Период колебаний математического маятника не зависит от массы тела!

Свободные колебания пружинного маятника

Тогда согласно второму закону Ньютона, учитывая знаки проекций, получим: Но , тогда: . Или - ускорение тела, колеблющегося на пружине, не зависит от силы тяжести, действующей на это тело. Сила тяжести только приводит к изменению положения равновесия. Выразим ускорение:

В вертикальном положении на груз на пружине действуют сила тяжести и сила упругости пружины. Под действием силы тяжести пружина растягивается на х1, а затем мы отклоняем его от этого положения на х.

Ускорение тела, колеблющегося на пружине, не зависит от силы тяжести, действующей на это тело, но пропорционально смещению

Т.к.

Сравним полученное уравнение с уравнением колебательного движения .

- циклическая частота при колебаниях пружинного маятника.

Основные понятия

Вибратор – колеблющееся тело, источник волны.

Поперечная волна

Продольная волна