Гармонические колебания

ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ

ФИЗИКА
9класс

Учитель Конюшенко Т.Л.
Сосновская СШ

Тема:«Гармонические колебания»

План урока:
Колебательное движение. Виды колебаний.
Графическое представление колебательного движения.
Уравнение гармонических колебаний.
Колебательные системы.
Динамика и энергия колебательного движения.
Период и частота свободных колебаний пружинного и математического маятников.
Сила и энергия при свободных колебаниях пружинного и математического маятников.
Резонанс, резонансная кривая.

Механические колебания (колебательный процесс) – это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенные интервалы времени (процесс, характеризующийся повторяемостью во времени.

Колебания называются периодическими, если значения изменяющихся физических величин повторяются через равные промежутки времени.

Наименьший промежуток времени Т, через который значение изменяющейся физической величины повторяется (по величине и направлению, если эта величина векторная, по величине и знаку, если она скалярная), называется периодом колебаний.

Число полных колебаний ν, совершаемых за единицу времени, называется частотой колебаний этой величины и обозначается через ν.

t – время колебаний;
N – число колебаний.
В СИ единица измерения периода: [Т]=1 с

В СИ единица измерения частоты колебаний[ν]=1 Гц

Параметры колебательного движения

Смещение (х) – отклонение колеблющейся точки от положения равновесия в данный момент времени.

Амплитуда (хmax или А) – наибольшее смещение от положения равновесия.

Колебания различной природы (механические, электрические и т.д.) описываются одинаковыми законами.Различают несколько видов колебаний

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

Свободные колебания (затухающие) – это колебания, которые возникли в системе под действием внутренних сил, после того, как система была выведена из положения устойчивого равновесия.

Автоколебаниями называются незатухающие колебания, которые могут существовать в системе без воздействия на неё внешних периодических сил.

Гармонические колебания
– это колебания, в процессе совершения которых, значения физических величин изменяются с течением времени по закону синуса или косинуса.
Уравнение гармонического колебания устанавливает зависимость координаты тела от времени. График устанавливает зависимость смещения тела со временем.

Графиком гармонического колебания является синусоида или косинусоида.

Если колебание описывать по закону косинуса

Если колебание описывать по закону синуса

Пружинный маятник – груз некоторой массы m, прикрепленный к пружине жесткости k, второй конец которой закреплен неподвижно, составляют систему, способную в отсутствие трения совершать свободные гармонические колебания.

- круговая (собственная) частота

- период колебаний груза на пружине

Математическим маятником называют тело небольших размеров, подвешенное на тонкой нерастяжимой нити, масса которой пренебрежимо мала по сравнению с массой тела.

- собственная частота малых колебаний математического маятника.

- период колебаний математического (нитяного) маятника.

φ – угловое отклонение маятника от положения равновесия, 
x = lφ – смещение маятника по дуге

Если колебания свободные, то трение отсутствует, следовательно выполняется закон сохранения энергии.


За полное колебание (колебательное движение, которое вновь повторяется, называют полным колебанием) происходит превращение механической энергии.

Превращение энергии при свободных механических колебаниях(колебания на пружине)

Превращение энергии при свободных механических колебаниях(колебания нитяного маятника)

Явление резонанса – это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний тела при совпадении частоты вынужденной периодической силы с собственной частотой колебаний.

Резонансная характеристика или резонансная кривая

Резонанс

способ исключения вредного воздействия резонанса 

Во многих городах мира строятся небоскребы высотой в десятки метров. Железобетонный каркас супернебоскребов должен выдерживать на большой высоте напор ветра, дующего со скоростью 150 км/час. Как предотвратить раскачивание зданий?
В одном из нью-йоркских небоскребов на верхнем этаже установлен скользящий противовес массой 365 тонн, который нейтрализует воздействие ветровой нагрузки и демпфирует колебания здания. В Японии одна из строительных компаний реализовала более простое решение: на крыше небоскреба устанавливается огромный резервуар с водой. Из-за огромной массы и инерционности жидкость реагирует на сотрясения с запозданием. Колебания здания нейтрализуются и в значительной степени гасятся.

Условия возникновения колебаний

Наличие в колеблющейся материальной точке избыточной энергии;
Если вывести тело из положения равновесия, то равнодействующая не равна нулю.
Действие на материальную точку возвращающей силы;
Наличие положения устойчивого равновесия, при котором равнодействующая сила равна нулю.
Силы трения в системе малы.

Конспект
На рисунке показан график зависимости смещения определенной точки колеблющейся струны от времени. Чему равна амплитуда, период и частота колебаний этой точки?

Спасибо за внимание