- •2.Перетворення одних форм руху в інші.
- •3.Механічний рух.
- •4.Відносний рух.
- •5.Рівномірний прямолінійний рух.
- •6.Шлях, час і швидкість рівномірного руху.
- •7.Одиниці швидкості.
- •8.Швидкість — вектор.
- •9. Рівняння рівномірного прямолінійного руху.
- •10.Графік швидкості і путі рівномірного прямолінійного руху.
- •11.Нерівномірний рух. Середня швидкість.
- •12.Швидкість у даний момент або в даній точці шляху.
- •13.Графік швидкості нерівномірного руху.
- •14.Рух рівномірно-змінний.
- •15.Прискорення.
- •16.Одиниці прискорення.
- •17.Формули швидкості рівномірно - змінного руху.
- •18.Пройдений шлях при рівноприскореному русі.
- •19.Пройдений шлях при рівносповільненому русі.
- •20.Формули рівномірно-змінного руху.
- •21.Графік швидкості рівноприскореного руху.
- •22.Вільне падіння тіл.
- •23.Закони вільного падіння.
- •24.Рух тіла, кинутого вертикально вгору.
- •II. Закони ньютона.
- •25.Виникнення і розвиток механіки.
- •26.Перший закон Ньютона.
- •27.Сила.
- •28.Маса і густина.
- •29.Другий закон Ньютона.
- •30.Вага тіла.
- •31.Імпульс сили і кількість руху.
- •32.Третій закон Ньютона.
- •III. Додавання рухів.
- •33.Додавання двох рівномірних прямолінійних рухів.
- •34. Додавання швидкостей.
- •35. Розклад швидкостей.
- •36.Рух тіла, кинутого в горизонтальному напрямі.
- •37.Рух тіла, кинутого під кутом до горизонту.
- •IV. Обертальний рух
- •38.Поняття про обертальний рух.
- •39.Кутова швидкість.
- •40.Залежність між лінійною й кутовою швидкістю.
- •41.Напрям швидкості тіла, що рухається по колу.
- •42.Формула доцентрової сили.
- •43.Відцентрова сила.
- •V. Закон всесвітнього тяжіння ньютона
- •44. Коловий рух світил.
- •45.Закони Кеплера.
- •46. Закон всесвітнього тяжіння.
- •47. Дослідна перевірка закону всесвітнього тяжіння.
- •48. Визначення маси і густини Землі.
- •49. Залежність прискорення від широти місця.
- •VI. Статика
- •50. Графічне зображення сил.
- •51. Додавання сил, що діють в напрямі однієї прямої.
- •52. Додавання двох сил, прикладених до однієї точки під кутам одна до одної.
- •53. Додавання кількох сил.
- •54. Зрівноважувальна сила.
- •55. Розклад сил.
- •56. Приклади розкладу сил.
- •57. Додавання паралельних сил.
- •58. Розклад сили на дві паралельні.
- •59. Додавання паралельних сил, напрямлених у різні сторони.
- •6 0. Центр ваги.
- •61. Обертаючий момент.
- •62. Приклади розв'язування задач.
- •VII. Робота і енергія
- •63. Робота.
- •64. Графічне зображення роботи.
- •65. Потужність.
- •66. Кінетична енергія.
- •67. Потенціальна енергія.
- •68. Закон зберігання й перетворення енергії.
- •V III. Коливання і хвилі.
- •70. Рівняння гармонічного коливального руху.
- •71. Графік гармонічного коливання.
- •72. Швидкість при гармонічному коливальному русі.
- •73. Прискорення гармонічного коливального руху.
- •74. Математичний маятник.
- •75. Фізичний маятник.
- •76. Перетворення енергії при гармонічному коливанні.
- •77. Слабнення коливань.
- •78. Додавання коливань.
- •79. Передавання коливань від одного тіла до другого.
- •80. Резонанс.
- •81. Хвилі.
- •82. Утворення поперечних хвиль.
- •83. Зв’язок між довжиною хвилі, періодом коливань й швидкістю поширення хвиль.
- •84. Поздовжні хвилі.
- •85. Взаємодія хвиль. Інтерференція.
- •86. Стоячі хвилі.
- •IX. Звук.
- •87. Коливання звучащого тіла.
- •88. Поширення звука.
- •89. Швидкість поширення звука.
- •90. Висота тону.
- •91. Основний тон і обертони струни.
- •92. Тембр звука.
- •93. Резонанс і резонатори.
- •94. Лабораторна робота. Визначення довжини хвилі за методом резонансів.
- •95. Відбивання звукових хвиль.
- •96. Інтерференція звука. Биття.
- •97. Ефект Допплера.
- •98. Фізика вуха.
- •99. Звуковловники та їх застосування.
- •Відповіді до задач
- •VII. Робота і енергія 91
- •VIII. Коливання і хвилі. 102
- •IX. Звук. 138
73. Прискорення гармонічного коливального руху.
Прискорення гармонічною коливального руху можна знайти так само, як ми знаходили швидкість. Доцентрове прискорення в рівномірному русі по колу, що має радіус А, як ми знаємо, дорівнює:
Для положення О1 (рис. 84) воно зобразиться вектором О1С. Розкладемо цей вектор на дві складові: 01D і 01В. На коливальний рух проекції (тіні) впливатиме лише складова:
.
Звідси прискорення в коливальному русі тіні :
.
Зміщення х коливальної точки відбувається від Р0 до Р1 ; приймемо напрям Р0Р1 за додатний, тоді O1D=P1C’ буде мати від'ємний напрям (знак мінус).
А що , то або: .
Рис. 84
Отже, прискорення в гармонічному коливальному русі прямо пропорційне до амплітуди, квадрата частоти і синуса фази коливання, і напрямлене воно в сторону, протилежну до зміщення.
Згадаємо, що зміщення х = А sin φ.. Порівнюючи формулу для зміщення і прискорення, маємо :
,
або:
,
тобто в гармонічному коливальному русі прискорення прямо пропорційне до добутку з квадрата частоти на зміщення і напрямлене. завжди в сторону, протилежну до зміщення, завжди до середнього положення (знак мінус). Свого найбільшого значення прискорення досягає в крайньому положенні коливального тіла, коли зміщення найбільше і х = А. В цьому випадку:
.
В середньому положенні х = 0, отже і а = 0.
Графік зміни прискорення в гармонічному коливальному русі подано на рисунку рис. 84а.
Рис. 84а.
Графік — знову синусоїда, яка відстає від синусоїди зміщення щодо фази на π. А через те, що сила f=ma, а прискорення при гармонічному коливальному русі
,
.
Позначаючи добуток (2πν)2 буквою с, маємо :
f= — стх.
Сила, що діє на матеріальну точку, яка перебуває в гармонічному коливанні, пропорційна до віддалі цієї точки від середнього положення О і напрямлена до цього середнього положення.
Запитання та вправи.
1. Порівняйте між собою три графіки: зміщення, швидкості і прискорення гармонічного коливального руху, що для нього частота коливань на 1 сек.
2. Чим відрізняються один від одного графіки: а) прискорення і зміщення, б) швидкості і прискорення ?
3. Чи будуть максимуми прискорення збігатися з максимумами швидкості?
4. Визначити швидкість і прискорення тіла, яке гармонічно коливається, для моментів часу t = 1/120;1/80;1/40 секунд, якщо А = 10 см, ν = 20 коливань в 1 секунду.
74. Математичний маятник.
Математичним маятником називається важка кулька, почеплена на тонкій нитці, вагу якої можна до уваги не брати. Розміри кульки малі, а тому ми вважаємо,що вся маса її зосереджена в одній точці. За такі „матеріальні точки" для наших дослідів служать металічні кульки з гачками. Діаметр такої кульки дорівнює кільком міліметрам.
Відхилимо маятник на бік і пустимо його,— він почне гойдатися. Визначимо величину сили, що надає кульці маятника руху, коли маятник відхилений.
Розкладемо силу Р — вагу кульки (рис. 7) на дві складові в напрямі ОО1 уздовж нитки і в напрямі О1Р2 перпендикулярно до нитки. Маємо силу Р1 яка натягає нитку (вона знищується опором почепу), і силу Р2, що рухає кульку.
З рис. 7 видно, що < Р2РО1 = < PO1Р1 = < O0OO1 = α. З ΔР2О1Р знаходимо, що:
—P2 = Psinα, (1)
151
де α кут відхилення нитки маятника від середнього положення, а знак мінус перед Р2 поставлено через те, що ми будемо відлічувати від середнього положення О0 і вважати за додатний напрям від О0 до О1.
Отже, на кульку діє змінна сила, що її величина залежить від кута α відхилення маятника. На самім початку гойдання, при найбільшому куті α, ця сила має максимальне значення, а проходячи через вертикаль, тобто в точці О0, вона дорівнює 0.
Через те, що за другим законом Ньютона прискорення прямо пропорцій не до сили,— прискорення безупинно зменшується від крайньої точки О1 до середньої точки О0. Подивимось, як змінюється прискорення маятника.
Нехай прискорення маятника в точці О1 дорівнює α; тоді:
Р2 = т а.
З другого боку, ми знаємо, що вага :
Р = т g,
де g — прискорення сили тяжіння. Підставивши в основну формулу (1) замість Р2 і Р їх значення, маємо :
— та = т g sin α,
або, скоротивши обидві частини рівності на m, маємо :
— а = g sin α.
тобто, прискорення під час руху маятника прямо пропорційне до
прискорення сили тяжіння і синуса кута відхилення нитки маятника від середнього положення.
Період повного коливання маятника Т — час, за який маятник пройде дугу О1О0О2 і повернеться назад у точку О1, — можна обчислити за такою формулою:
,
де l — довжина математичного маятника ОО1 на рис. 85.
Рис.85
Опустимо з О1 перпендикуляр O1B на лінію О0О. З Δ О1ОВ виходить, що:
Якщо кут відхилення нитки α малий (не більший від 5°), то можна з достатньою точністю вважати, що ВО1 = О0О1 = x — відхилення маятника від середнього положення O0.
Тоді:
і ,
звідки :
.
Це і є основна формула руху математичного маятника; ми бачимо що при дуже малих коливаннях прискорення під час руху математичного маятники прямо пропорційне до його відхилення х (зміщення) від середнього положення, і спрямоване в сторону, протилежну до відхилення (знак мінус).
Але це є, як ми знаємо, основна властивість гармонічного коливального руху.
Отже, при дуже малих коливаннях рух математичного маятника є окремий випадок гармонічного коливального руху.
Ми бачили, що прискорення в гармонічному коливальному русі:
, де Т — період коливання.
Підставивши в цю формулу замість а його значення для випадку коливання математичного маятника (при α < 50), маємо:
.
або :
звідки визначається період Т повного коливання маятника:
Період коливання маятника Т прямо пропорційний дo кореня квадратного з довжини маятника l і обернено пропорційний до кореня квадратного з прискорення сили тяжіння g.
Формула справедлива для невеликих кутів α (менших від 5°); при цих умовах період не залежить від амплітуди.
Коливання маятника уперше дослідив Галілей. Він установив, що період коливання маятника при малих відхиленнях не залежить від амплітуди (закон ізохронізму* коливань маятника).
Запитання та вправи.
1. Обчислити довжину маятника з півперіодом, що дорівнює 1 сек.
2. Як зміниться період, якщо довжину маятника зменшити у 4 рази ?
3. Як зміниться період маятника, якщо ми примусимо його гойдатися над широким полюсом сильного магніта (кулька залізна).
4. Визначити період коливання маятника завдовжки 10 м.
5. На скільки коливань менше зробить на добу маятник завдожки на 1 м на екваторі, ніж на 50° широти (прискорення сили тяжіння на екваторі 978 см/сек2, на 50° широти —981 см/сек2)?
6. Для маятника завдовжки l = 98 см півперіод коливання 1 сек. Визначити прискорення сили тяжіння.