- •Основні положення та означення.
- •Механічні коливання слід розглядати як взаємоперетворення кінетичної ( ) та потенціальної ( ) енергій.
- •Повна енергія коливальної системи рівна максимальній кінетичній або максимальній потенціальній енергії
- •У довільний момент часу повну енергію коливальної системи визначають сумою кінетичної та потенціальної енергій
- •Домашнє завдання.
- •Домашнє завдання.
- •Виконання роботи.
- •2. Вантаж масою 0,2 кг висить на пружині і здійснює коливання. Чому дорівнює період коливань вантажу, якщо для видовження пружини на 1 см потрібна сила 0,2 н?
- •4. Маятник на поверхні Землі коливається з частотою 0,5 Гц. З якою частотою він буде коливатися на поверхні Місяці, якщо прискорення вільного падіння на поверхні Місяця дорівнює 1,6 м/с2?
- •Основні положення та означення.
- •1. Поширення коливань у середовищі називають хвильовим рухом.
- •1 4. Відбивання хвиль.
- •1. Промінь падаючий і промінь відбитий лежать в одній площині з перпендикуляром до відбивної поверхні, поставленим у точці падіння променя.
- •О сновні положення та означення.
- •6. Очевидно, що котушки індуктивності є дуже великим опором для струму високої частоти і невеликим для струму низької частоти, а конденсатори — навпаки.
- •Основні положення та означення.
- •Основні положення та означення.
- •Періодичне взаємоперетворення електричного та магнітного полів називають електромагнітними коливаннями.
- •Період власних коливань визначають формулою Томсона:
- •Винайдення радіо о.С. Поповим.
- •3. Поняття про радіолокацію.
1 4. Відбивання хвиль.
Відбивання хвиль підпорядковується двом законам:
1. Промінь падаючий і промінь відбитий лежать в одній площині з перпендикуляром до відбивної поверхні, поставленим у точці падіння променя.
2. Кут відбивання променя дорівнює куту його падіння.
Зазначимо, що на межі поділу двох середовищ відбувається не тільки відбивання хвиль, а й їх проникнення в інше середовище. Наприклад, на межі повітря — вода поздовжні хвилі можуть переходити як з води у повітря, так і з повітря у воду.
1 5. Під час відбивання хвиль коливання накладаються. Внаслідок накладання відбитих хвиль утворюються стоячі хвилі, які назвали так тому, що фаза в них не переміщується. При цьому існують точки, які не коливаються. Ці точки називають вузлами. Всі точки між найближчими вузлами коливаються в однакових фазах, але мають різні амплітуди.
Фази точок сусідніх півхвиль завжди протилежні. У стоячій хвилі перенесення енергії немає: сума енергій усіх точок, розміщених на відстані чверті довжини хвилі, буде сталою, хоч ці точки й обмінюються енергією. Пояснюється це тим, що прямі і відбиті хвилі переносять енергію в протилежні боки. Стоячі хвилі виникають тільки тоді, коли на відстані від джерела хвиль до перешкоди, яка відбиває хвилі, укладається ціле число чвертей хвилі.
16. Джерела хвиль, які коливаються з однаковою частотою і протягом усього часу коливань зберігають сталу різницю фаз, називають когерентними. Хвилі, які створюються цими джерелами в якому-небудь середовищі, називають когерентними. У кожній точці середовища різниця фаз коливань, спричинених когерентними хвилями, весь час буде сталою.
Під час накладання когерентних хвиль, які поширюються в якому-небудь середовищі, утворюється стійка картина коливань точок середовища, на якій видно, що одні точки коливаються з великою амплітудою, а інші — з маленькою.
1 7. Явище взаємного підсилення і ослаблення коливань у різних точках середовища внаслідок накладання когерентних хвиль називається інтерференцією.
В процесі накладання таких хвиль у якій-небудь точці середовища з протилежними фазами амплітуда її коливання дорівнює різниці амплітуд коливань, які накладаються, а якщо хвилі накладаються з однаковими фазами, то амплітуда коливання точки дорівнюватиме сумі амплітуд коливань, що накладаються. Якщо коливання накладаються з однаковою амплітудою, то в першому випадку точка зберігатиме стан спокою, а в другому — коливатиметься з подвоєною амплітудою. хвильових шляхів дорівнює парному числу півхвиль (або нулю), то в узятій точці буде максимальне підсилення коливань.
18. Частоту змушуючої сили, при зміні якої, як у більший, так і в менший бік, амплітуда вимушених коливань системи зменшується, називають резонансною частотою цієї системи.
19. Резонансом називають явище швидкого зростання амплітуди вимушених коливань якої не будь системи, коли частота змушуючої сили наближається до резонансної частоти системи.
Резонансна частота системи дорівнює частоті її вільних коливань; коли сили опору малі, то можна вважати, що вона дорівнює власній частоті .
Явище резонансу можна спостерігати і за допомогою маятника, підвішеного на нитці, якщо періодично розгойдувати точку підвісу в такт з вільними коливаннями маятника. Розгойдуючи гойдалку, ми також підштовхуємо її в такт з її вільними коливаннями. Якщо підштовхувати гойдалку не в такт з її коливаннями, то вони припиняться.
20. Амплітуда коливань системи під час резонансу великою мірою залежить від сил опору середовища і тертя. Чим менші ці сили, тим більша амплітуда коливань системи. Особливо великі амплітуди коливань під час резонансу бувають тоді, коли сили опору малі. У цьому разі коливання під час резонансу можуть зруйнувати всю коливну систему.
21. Практичне значення резонансу в природі і техніці дуже велике. Резонанс буває не тільки в механічних явищах. Його використовують в електротехніці, оптиці, ядерній фізиці. На резонансі ґрунтується робота радіоприймачів, телевізорів тощо.
Часто резонанс завдає і шкоди. Наприклад, при певних частотах звуку корпус радіоприймача іноді деренчить, передчасно спрацьовуються фундаменти, на яких установлюють машини, що працюють ритмічно, тощо. В авіації явище резонансу може призвести навіть до руйнування літака під час його польоту. Тому нові моделі літаків випробовують на різних режимах роботи двигунів і різних швидкостях польоту в найрізноманітніших умовах.
2 2. Джерелом звуку завжди є яке-небудь коливне тіло, яке в процесі своїх коливань створює в навколишньому середовищі механічні хвилі . Коли ці хвилі досягають вуха людини, вони приводять у вимушені коливання барабанну перетинку всередині вуха, і людина відчуває звук. Механічні хвилі, які спричинюють у людини відчуття звуку, називають звуковими.
23. Звукові хвилі в повітрі складаються із згущень і розріджень, тобто вони поздовжні. Зрозуміло, що звук людина може чути лише тоді, коли між джерелом звуку і вухом людини є середовище, в якому можуть поширюватись звукові хвилі. Через безповітряний простір звук передаватися не може. 24. Вивчення звукових явищ показало, що далеко не всі механічні хвилі можуть створювати відчуття звуку в людини. Було з'ясовано, що тільки хвилі, частота коливань яких лежить у межах від 16 до
20 000 Гц є звуковими. Зазначимо, що верхня і нижня межі частот цих коливань в окремих людей можуть трохи відрізнятися від згаданих вище.
Отже, людина відчуває звук, коли виконуються такі умови:
1) є джерело звуку, яке створює коливання з частотою в межах від 16 до 20000 Гц;
2) є пружне середовище між вухом і джерелом звуку;
3) потужність звукових хвиль достатня для створення відчуття звуку в людини.
25. Швидкість поширення звуку в повітрі при 0 °С дорівнює 332 м/с і зростає при підвищенні температури.
26. Швидкість звуку залежить від середовища. Наприклад, швидкість звуку у воді становить 1450 м/с, а в сталі 5 000 м/с.
27. Одна з якостей звуку, які ми відрізняємо — це його гучність. Гучність звуку — поняття суб'єктивне, той самий звук одній людині може здаватися гучним, а іншій — тихим.
О б'єктивною оцінкою гучності є інтенсивність (або сила) з в у к у. Інтенсивність звуку вимірюють енергією, яку переносять звукові хвилі за одиницю часу через одиницю площі поперечного перерізу, перпендикулярного до напряму поширення хвиль. (Позначають літерою – І, одиниця вимірювання – ват поділений на метр квадратний (Вт/м2 )) (N - потужність джерела звуку)
Енергія, яку переносять хвилі, прямо пропорційна квадрату амплітуди і квадрату частоти . Тому й інтенсивність звуку прямо пропорційна квадрату амплітуди і квадрату частоти коливань у звуковій хвилі.
Якщо від джерела звуку поширюються сферичні хвилі, то інтенсивність звуку обернено пропорційна квадрату відстані від джерела звуку до приймача.. Відомо, що гучність звуку зростає із збільшенням амплітуди і зменшується із збільшенням відстані до джерела звуку. Зміна амплітуди коливань у хвилі впливає тільки на гучність звуку, а на інших якостях звуку на позначається.
28. Вухо людини має дуже велику чутливість. Найменшу інтенсивність звукових хвиль, яка спричинює в людини відчуття звуку, називають порогом чутності. Він залежить від частоти коливань. Наприклад, при частоті 2000 Гц поріг чутності дорівнює 2 • 10 -12 Дж/(м2· с). При менших частотах поріг чутності значно більший.
29. Ще однією якістю звуку, яку може розрізняти людина, є висота тону. Наприклад, легко відрізнити писк комара від гудіння джмеля. Звук комара, який летить, називають високим тоном, а гудіння джмеля — низьким тоном. Звук, який відповідає точно певній частоті коливань, називають тоном. Якість звуку, яка визначається частотою коливань, характеризують висотою тону, при цьому більшій частоті коливань відповідає вищий тон або вищому тону відповідає коротша довжина хвилі.
Характеризуючи висоту тону довжиною хвилі, треба пам'ятати що вона ( ) залежить також і від середовища. Тому в різних середовищах тому самому тону відповідають неоднакові довжини хвиль. Неважко зрозуміти, що більша довжина хвилі відповідатиме середовищу з більшою швидкістю поширення звукових хвиль.
30. Якість звуку, яка дає змогу визначати джерело звуку, називають тембром. Так, за тембром звуку ми дізнаємось хто говорить, хто співає або на якому інструменті грають.
Часто трапляються складні звуки, в яких не можна виділити окремі тони. Такі звуки називають шумом.
31. Відбивання звукових хвиль від межі поділу двох середовищ має дуже велике практичне значення.
Цікавий випадок відбивання звуку можна спостерігати, коли відбивна поверхня розміщена перпендикулярно до напряму поширення хвиль. У цьому разі звукова хвиля, відбившись, повертається назад до свого джерела. Повертання звукової хвилі до свого джерела після відбивання називається луною.
З'ясовано, що людина зберігає звукове відчуття протягом 0,1 с після припинення коливань барабанної перетинки в усі. Це означає, що при невеликій відстані від відбивної поверхні до вуха луна зіллється з основним звуком і тільки на небагато подовжить його тривалість. Отже, луну можна чути окремо від основного звуку тільки при достатньо великій відстані до перешкоди.
32. Луна дає змогу визначити відстань від джерела звуку до відбивної поверхні. Зрозуміло, що звуковий сигнал має бути короткочасним, бо при тривалому сигналі луна зіллється з основним звуком 33. У закритому приміщенні звук багато разів відбивається від стін, що збільшує тривалість звучання після припинення дії джерела звуку. Залишкове звучання в закритому приміщенні називають реверберацією. Для невеликих приміщень час реверберації повинен становити близько 1 с. Час реверберації дуже впливає на якість звуку в концертних залах, бо при дуже великому часі реверберації музику слухати не можна, а дуже маленький час реверберації робить звуки бляклими і уривчастими.
34. На межі поділу двох середовищ звук не тільки відбивається, а й поглинається, проникаючи в інше середовище. Енергія звукових хвиль при цьому частково перетворюється в енергію хаотичного руху молекул середовища. Наприклад, оштукатурена стіна поглинає близько 8 % енергії звукових хвиль, а килим — близько 20 %. Цим пояснюється той факт, що в кімнаті, захаращеній речами, звук глухий, а в порожній кімнаті звук гучний.
35. Механічні хвилі з частотою коливання, більшою від 20 000 Гц, людина не сприймає як звук. їх називають ультразвуковими хвилями або ультразвуком. Ультразвук значною мірою поглинається газами і в багато разів слабше — твердими речовинами і рідинами. Тому ультразвукові хвилі можуть поширюватися на значні відстані тільки в твердих тілах і рідинах. Оскільки енергія, яку переносять хвилі, пропорційна густині середовища і квадрату частоти, то ультразвук може переносити енергію, набагато більшу, ніж звукові хвилі. . Ще одна важлива властивість ультразвуку в тому, що порівняно просто здійснюється його напрямлене випромінювання. Усе це дає змогу широко використати ультразвук у техніці. Описані властивості ультразвуку використано в ехолоті —приладі для визначення глибини моря . На кораблі встановлюють джерело і приймач ультразвуку певної частоти. Джерело посилає короткочасні ультразвукові імпульси, а приймач вловлює відбиті імпульси. Знаючи час між посиланням і прийманням імпульсів та швидкість поширення ультразвуку у воді визначають глибину моря. Аналогічно діє ультразвуковий локатор, яким користуються для визначення відстані до перешкоди на шляху корабля в горизонтальному напрямі. Якщо таких перешкод немає, ультразвукові імпульси до корабля не повертаються.
Цікаво, що деякі тварини, наприклад кажани, мають органи, які діють за принципом ультразвукового локатора, завдяки чому вони добре орієнтуються в темряві. Досконалий ультразвуковий локатор мають дельфіни. Якщо ультразвук проходить через рідини, частинки рідини набувають великих прискорень і значною мірою діють на різні тіла в рідині. Це використовують для прискорення найрізноманітніших технологічних процесів (наприклад, приготування розчинів, миття деталей, дублення шкур тощо).
При інтенсивних ультразвукових коливаннях у рідині її частинки набувають таких великих прискорень, що в рідині утворюються на короткий час розриви (пустоти), які, різко закриваючись, створюють безліч маленьких ударів, тобто відбувається кавітація. За таких умов рідина чинить велику подрібнюючу дію, що використовують для приготування суспензій, які складаються з розпилених частинок твердого тіла в рідині, і емульсій — зависів дрібних крапельок однієї рідини в іншій. Ультразвук застосовують для виявлення дефектів у металевих деталях.
Зазначимо, що механічні хвилі з частотою коливань, меншою від 16 Гц, називають інфразвуковими хвилями або інфразвуком. Вони також не спричинюють звукових відчуттів. Інфразвукові хвилі виникають на морі під час ураганів і землетрусів. Швидкість поширення інфразвуку у воді значно більша, ніж швидкість переміщення урагану або велетенських хвиль цунамі, які утворюються під час землетрусу. Це дає змогу деяким морським тваринам, що мають здатність сприймати інфразвукові хвилі, діставати таким способом сигнали про наближення небезпеки.
Конспект.
Домашнє завдання: 1.Опрацювати по підручнику тему « механічні хвилі»
Написати реферат або доповідь на тему: Використання ультра та інфразвуку в природі та техніці.
Заняття № 44 ____________2010р.
Тема: Змінний струм. Повний опір в колах змінного струму Трансформатори. Одержання змінного синусоїдального струму при рівномірному обертанні контуру в однорідному магнітному полі. Період і частота струму. Поняття про генератори змінного струму.. Діючі значення сили струму та напруги.