3.1. Простое гармоническое колебание. Амплитуда, частота, фаза-определение

Колебаниями называются повторяющиеся процессы изменения каких-либо параметров системы Для того чтобы движение было колебательным, на тело должна действовать возвращающая сила, на­правленная в сторону, противоположную смещению (она должна возвращать тело назад). Если величина этой силы пропорцио­нальна смещению и направлена в противоположную сторону, т. е. F = - кх, то под действием такой силы тело совершает повторяю­щиеся движения, возвращаясь через равные промежутки времени в положение равновесия. Такое движение тела называется простым гармоническим колебанием

амплитуда колебаний. Амплитудой колебаний называ­ется максимальное смещение тела от положения равновесия

частота колебаний. Частота колебаний определяется числом колебаний (циклов) в секунду. Единица ее измерения рав­на одному колебанию в секунду и называется герц

начальная фаза. Начальная фаза определяет положение тела, с которого началось колебание. Она измеряется в градусах. Например, если маятник начал колебаться из положения равновесия, то его начальная фаза равна нулю. Если маятник сначала отклонить в крайнее правое положение и затем толкнуть, он начнет колебания с начальной фазой 90°. Если два маятника (или две струны, мембраны и др.) начнут свои колебания с задержкой во времени, то между ними образуется сдвиг фаз если задержка во времени равна одной четверти периода, то сдвиг фаз — 90°, если половине периода —180°, трем четвертям периода — 270°, одному периоду — 360°.

3.2. Что такое "звук". Определение. Что такое механические колебания

«звук — это особый вид механических колебаний упругой среды, способный вызывать слуховые ощущения»

Механические колебания — это прежде всего движения тел. Механиче­ским движением тела называется «изме­нение его положения с течением време­ни по отношению к другим телам»

3.3. Определение и единицы звукового давления. Уровень звукового давления

Давление — закон Ньютона говорит, как сила действует на объект, приводя его в движение, при этом не имеет значения, как она распределена по объекту (по всей поверхности или в одной точке). При описании звуковых процессов оказывается важным знать, как движущая сила распределена на поверхности тела, поэтому вводится понятие «давление», которое определяется как сила на единицу площади: р = F/S.

Единица измерения — паскаль (Па). Один паскаль равен силе в один ньютон, распределенной на поверхности в один квадратный метр, т. е. 1 Па = 1 Н/м².

3.4. Определение и единицы работы. Определение кинетической и потенциальной энергии. Переход кинетической и потенциальной энергии при гармонических колебаниях.

Работа — если сила вызвала перемещение тела, то она со­вершила над ним работу. Работа равна силе, умноженной на рас­стояние, на которое она переместила тело: А = Fxx (t). Единица работы — джоуль (Дж). Один джоуль равен работе, совершаемой силой в один ньютон на пути в один метр: 1 Дж = 1 Н х 1 м. Энергия может переходить из одной формы в другую, но не мо­жет исчезать — это закон сохранения энергии. Энергия измеряется в джоулях {Дж).

В процессе совершения простых гармонических колебаний про­исходит переход энергии движения (кинетической энергии), которая

пропорциональна квадрату скорости Е = ~ mv², в энергию покоя (потенциальную энергию), пропорциональную смещению: Е = — кх².

В течение одного цикла колебаний совершается несколько перехо­дов одной формы энергии в другую: в моменты максимального от­клонения пружины (маятника, струны и др.) от положения равно­весия тело останавливается, в этот момент кинетическая энергия равна нулю, потенциальная энергия максимальна В момент прохождения поло­жения равновесия тело имеет максимальную скорость, и в эти моменты кинетическая энергия максимальна, а потен­циальная равна нулю. Если бы эта сумма была постоянна всегда, то любое тело, выве­денное из положения равно­весия, колебалось бы вечно, получился бы «вечный двига­тель».