Тербелістер ( 9сынып)

Тербелмелі қозғалыс. Тербелмелі қозғалысқа периодтылық тән. Қозғалыстың периодтылығы белгілі бір уақыт  өткен соң дене орнының, яғни оның координатасының дәл немесе шамамен дәл қайталанып  отыратынын білдіреді. Тербелістер деп дененің бірдей уақыт аралығындағы дәлме – дәл  немесе жуықтап қайталанып отыратын қозғалысын айтады. Дененің тепе – теңдік күйден  ауытқуын ығысу деп атайды. Ғ= ­ kx.  Ығысуға пропорционал және оған қарама – қарсы бағытталған күштің әрекетінен болатын  механикалық тербелістер гармоникалық тербелістер деп аталады. Тербелмелі қозғалыс  пайда болуы үшін мына шарттар орындалуы қажет: 1) денені тепе – теңдік қалпынан  шығарған кезде, оны бастапқы күйіне қайтаратын күш болуы керек.  2) үйкеліс мейлінше аз болуы керек. Өйткені үйкеліс әр уақытта қозғал ысқа қарама –  қарсы бағыттал­ғандықтанол тербелістің өшуіне себепші болады.  Амплитуда– дененің тепе­теңдік күйінен ең үлкен ығысуы.  [А] = м Жаңа сабақтың тақырыбын суреттегі қозғалыс түрі тербелмелі екенін және оған тән қасиет қайталанып отыратындығын анықтайды.  Қозғалыстың қайталануына кеткен уақыт аралығы тербеліс периоды деп аталады. Еркін  тербелістер туралы ұғым енгізіледі. Денені тепе теңдік қалпынан қоя берсек, онда ол  өздігінен тербеле бастайды. Демек, тек энергияның бастапқы берілген қорының есебінен пайда болатын тербелістерді еркін тербелістер деп атайды. Тербелістегі денеге сыртқы күштер әсер етпесе, яғни үйкеліс күші жоқ болса, онда  дененің потенциалдық энергиясының кинетикалық энергияға және керісінше түрленуі  болады. Мысалы, жіпке ілінген дене үйкеліс күші жоқ болса мәңгі еркін тербеліс  жасайды. Еркін тербелетін денелер әрқашанда басқа денелермен әсерлесіп және олармен бірігіп  тербелмелі жүйелер деп аталатын денелер жүйесін құрайды. Мысалы, тербелмелі жүйе жіпке ілінген шар, жіп, штативтен және жерден тұрады. Бұл жағдайда шар ауырлық және жіптің тартылу күштерінің әсерінен еркін тербелістер  жасайды, олардың қорытқы күші тепе теңдік қалыпқа бағытталған. Еркін тербеліс  жасайтын денелер жүйесін тербелмелі жүйелер деп атайды. Біз қарастырылған тербелмелі жүйе маятник деп аталады. Тербелмелі қозғалысты  сипаттайтын шамалар: Тербелмелі дененің тепе теңдік қалпынан ең үлкен ауытқуы тербеліс амплитуласы деп  аталады. Амплитуданы А әрпімен белгілейді және ұзындық өлшем бірліктері метрмен  (м), сантиметрмен (см) және өлшейді. Толық бір тербеліс жасау үшін белгілі бір уақыт керек. Толық бір тербеліс жасауға  кеткен уақыт аралығын тербеліс периоды деп атайды. Тербеліс периоды Т әрпімен  белгіленеді және секундпен өлшенеді. Уақыт бірлігіндегі тербелістер санын тербеліс жиілігі деп атайды. Оқушыларды амплитуда, период және жиілік ұғымдарын қалыптастыру үшін сапалық,  сандық есептерді шығарып, жеңіл орындалатын әр түрлі практикалық тапсырмаларды  жасауды ұсыну керек. Тербеліс периолы мен оның жиілігінің арасындағы байланыс: Гармониялық тербелістер. Тербелмелі қозғалысты сипаттайтын негізгі ұғымдарды  енгізгеннен кейін гармониялық тербелістер ұғымы енгізіледі. Гармониялық тербеліс ұғымын енгізі үшін серіппелі маятникті қолдануға болады. Бұл  тәжірибеде төменгі бөлігінде тесігі бар кішкене ыдысқа құм салынған, оны тербелмелі  қозғалысқа келтіріп, тербеліс жазықтығына перпендикуляр бағытта таспаны тұрақты  жылдамдықпен жылжытсақ, онда таспада толқын тәрізді із қалады. Суретте алынған  қисықтың түpi көрсетілген. Ол синусоида деп аталады.     Егер қандай да бip дене координатасының уақытқа тәуелді графигі синусоида  (косинуоида) болса, яғни координата уақыт өтуіне байланысты синус (косинус) заңымен  өзгерсе, онда мұндай жағдайда координата да, дене де гармониялық тербеліс жасайды.  Физикалық шамалардың уақыт өтуіне байланысты синус және косинус заңы бойынша  периодты өзгepyi гармониялық тербеліс деп аталады. Hегізгi мектептерде гармониялық тербелістер сапалық түрде қарастырылады. 10 сынып  бағдарлы мектепте гармониялық тербелістердің уақыт бойынша өзгеру формуласы  қорытылып шығарылады. Сондай­ақ cepпiмді маятник үшін Fx = ­kx,математикалык  маятник үшін Fx =   әсер ететін күштерді қарастырып, дене тербелісінің үдеуін  және  қарастырып, гармониялық тербеліске басқаша аныктама беріліп нақтылана түседі.  Тербелмелі қозғалыста жылдамдық пен удеу, координат сияқты периодты өзгеретінін, әpбip Т период өткен сайын жылдамдық пен удеудің векторларының модулі мен бағыты  қайталанып отыратынын түсіндіру қажет. Тербелуші дененің толық энергиясы W оның тербелістерінің амплитудасының  квадратына пропорционал:  Механикалық энергияның сақталу заңын қолдана отырып, cepіппелі және  математикалық маятниктер үшін периодтың формуласы қорытылып шығарылады. Маятниктердің тербеліс периодының формуласын жақсы меңгеру үшін оқушыларға  тәжірибе жүзінде маятник үшін cеріппенің қатаңдығы үлкен болса, дененің тербеліс  периоды соғұрлым аз болатынын, ал дененің массасы неғұрлым көп болса, тербеліс  периода соғұрлым көп болатынын тексеріп көрсетіп, түсіндіру кажет. Теория Тербелмелі қозғалысты сипаттайтын келесі бір негізгі шама — амплитуда. Тербеліс  амплитпудасы деп дененің тепе теңдік күйінен ең үлкен ығысуының мәнін айтады.  Амплитуда А әрпімен белгіленеді, яғни A = хmax. Қозғалыстың басқа түрлері сияқты тербелмелі қозғалысты да жылдамдық және үдеу  арқылы сипаттауға болады. Алайда тербелмелі қозғалыс кезінде бұл шамалар нүктеден­ нүктеге өткен сайын өзгеріп отырады. Мысалы, тербеліп тұрған дененің жылдамдығы тепе­ теңдік күйінен ең үлкен ауытқу нүктесінде (xmax = А және хmax = ­А болғанда) нөлге тең, ол  нүктелерде дене тоқтайды да, қарама­қарсы бағытта қозғала бастайды. Ал дене тепе­теңдік күйінен өткен (х=0) кезде оның жылдамдығы ең үлкен мәнге ие болады. Үдеу керісінше  дене тепе­теңдік күйінен еткенде нөлге тең болады. Өйткені бұл нүктеде күш нөлге тең.  Тепе­теңдік күйінен ен үлкен ауытқуға сәйкес келетін нүктелерде (хmax = A және xmax = ­А  болғанда) үдеудің шамасы ең үлкен мәнге жетеді, себебі бұл нүктелерде серпімділік күші  ең үлкен мәнге ие. Сөйтіп, тербелмелі қозғалыс кезіндегі жылдамдық пен үдеу периодты  түрде өзгеріп отырады, яғни әрбір Т период өткен сайын жылдамдық және  үдеу векторларының бағыты мен модулі қайталанады. Механикалық тербелістер кезіндегі дене қозғалысының сипаттамалары туралы көрнекі  түсінік қалыптасуы үшін мынадай тәжірибе жасауға болады. Серіппеге ілінген жүкке  бояуға батырылған қылқаламды бекітіп, оның алдына қылқаламның ұшы тиіп тұратындай  етіп ақ қағаз парағын ұстаймыз. Жүк тербеліс жасаған кезде қағазды тұрақты  жылдамдықпен горизонталь бағытта жылжытамыз. Сонда қылқалам қағаз бетінде  үздіксіз сызық түрінде із қалдырады. Егер жүктің тербелісін тоқтатып, оны тепе­теңдік күйіне келтірсек, содан кейін парақты  қайтадан қылқалам ұшының алдында горизонталь бағытта қайта жылжытсақ, онда қағаз  бетінде түзу горизонталь сызық түрінде із қалады. Егер осы түзуді абсциссалар осі ретінде  алсақ, онда абсциссалар осінің бойьша қағаз парағының  бірқалыпты қозғалысы басталған мезеттен бері өткен уақытты салуға болады, ал жүк  тербелген кезде парақ бетінде қалған із тербелістегі жүктің х координатасының t  уақытқа тәуелділігінің графигін береді.[1] Магнит тілі неге тербеледі» Егер сезгіш магнит тілше бір сәт зер салып қарап тұрса, оның тыныш тұрмай үнемі бір  жағына немесе екінші жаққа қарай ауытқып тұратынын байқау оңай.Магнит тілінің тербелістері көп болғанда күннен­күнге 15­ 20 ауытқып тұрады. Магнит тілі үнемі тыныш  тұра бермейді, аздап тербеліп тұрады. Кейбір күндері ол «толқып тұрады» кенеттен және  абайсызда дір ете қалады да, бір мезет тыныштала қалады, сонан­соң жан­жаққа бұрылып  тыпыршиды. Тілдің тербелісі бірнеше градусқа жетеді. Осылайша бірнеше сағатқа, кейде  күннен күнге созылады. Магнитологтар ондай күндерді ұйыту немесе дауылды күндер деп  атайды.  Ғалымдардың пайымдауынша, магнит тілінің тынымсыз тербелісі ауа райының  өзгерісін ,яғни дауылдың , катты желдің соғатынын білдіреді деген. «Әткеншектің тербелісі» Екі ағаштың арасына орнатылған әткеншекті байқасақ, ол лезде арадан өтіп, қайта  оралады, қайта көтеріледі, қайта түседі. Әткеншекті алғашқысында бір шайқап жіберсең,  өзінен­өзі көпке дейін тербеледі. Ал оның тербелісі жиі, өте тез өтеді. Сол екі ағаштан ұзап  кетпей, оның екі аралығында қозғалады. Тоқтаған кезде сол екі ағашпен қатар сап тізіп  тұра қалады. «Домбыра шегінің тербелісі» Ішек тербелгенде оны қоршаған ауаның бөлшектері де сондай жиілікпен тербеліп, бір  жерде тұрған тербеліс ауаның екінші қабатына берілелі, сөйтіп, бастапқы тербеліс жан­ жаққа тарай бастайды. Әрине, мұнда да ауаның бөлшектері тербеліске түседі де, қайтадан  орнына келеді.             « Жәндік қанаттарының тербелісі» Ірі денелі қоңыздың қанаты баяу тербеліп отырады, ал ұсақ масаның қанаты жиі тербеледі.  Ірі қоңыздар қанатын секундына 100­120, кішкене қара шыбын қанатын 350 рет, ал, сары  масаның қанаты секундына 500­600 рет тербеледі. Қанаты үлкен қоңыздар ұшқанда  қанаттың дыбысы қаттырақ естілсе, кішкентай масаның қанаттары нәзік болғандықтан  нәзік үн шығарады.  Тербелістің зияны: қатты тербелістен (дірілден) машина бөлшектері шыдамай «сөгіле»  бастайды. Мысалы, машинаның моторы қатты айналған кезде, бүкіл автобусты  солқылдатып, терезесі мен есіктер әндетіп, ызыңдай бастайды. Осы тербелістің өзі еденді,  терезені, қабырғаларды бекіткен шегелерді, винттерді босатып жібереді. Тербелістің пайдасы: ұсақ тербелістер сом темірді жерге қазықтай қаға алады. Оның  көмегімен кез­ келген затты бір орнынан екінші орынға көшіруге болады. Жуан бағанды, не трубаны жер қойнауына батыру үшін оның жоғарғы жағына дірілдеткішті орнатып, жерге  қадаса болғаны, труба жерді солқылдата босатып инедей ене бастайды.