13. Методика изучения темы «Механические колебания и волны»

Эта тема включена в раздел Механика, как завершающая. По мнению методистов, так как при первоначальном изучении колебаний и волн различной природы, их целесообразно не объединять вместе, а изучать в соответствующих разделах механические колебания и волны при изучении механики, а электромагнитные волны при изучении электродинамики. Основываемся главным образом на экспериментальное изучение колебаний начинается с введения понятия о колебательном движении. Учащимся уже известны периодические процессы, то есть процессы повторяющиеся через равные промежутки времени.

Колебаниями называются такое движение, при котором тело поочередно отклоняется то в одну, то в другую сторону. В учебниках можно встретить и другое определение: Процессы, при которых состояние системы с определенной степенью точности периодически повторяются называются колебаниями. Из этого определения следует, что главная особенность этого движения состоит в том, что оно периодическое. В зависимости от природы

повторяющихся процессов в различных колебаниях: механические, эл. магн. автоколебания и т.д. На основе опытов (пружинный маятник, груз на нити и т.д.) подчеркивают, что колебательным системам присущ ряд общих свойств: 1. У каждой колебательной системы есть состояние устойчивого равновесия; 2. После того, как колебательная система выведена из положения устойчивого равновесия, появляется сила, возвращающая систему в устойчивое положение; 3.

Возвратившись в устойчивое состояние система колеблющегося тела не может сразу остановиться, ему мешает его инертность. Колебания которые происходят без внешних воздействий, после того как тело

выведено из состояния равновесия, называется свободными.

Система тел, которая способна совершать свободные колебания, называется колебательной системой. Далее рассматриваются гармонические колебания. Механические колебания которые происходят под действием силы пропорциональной смещению и направленные противоположно ему, называют гармоническими колебаниями.

Максимальное смещение тела от положения равновесия называется амплитудой колебания.

Продолжительность одного полного колебания называется периодом колебаний. Частота колебаний – это число колебаний в единицу времени. v=1/T Движение, при котором ускорение прямо пропорционально отклонению точки от положения равновесия и всегда наплавлена в сторону равновесия называется гармоническими колебаниями.

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на длинной, нерастяжимой и невесомой нити. При отклонении маятника из положения равновесия, равнодействующая силы упругости и силы тяжести заставляет маятник совершать колебания. Период колебания маятника зависит от длинны нити и не зависит от массы тела, не зависит также от амплитуды колебаний, поэтому маятник используется для регулировки хода часов.

Рассмотрим собственные и вынужденные колебания, резонанс. Резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при равенстве частот колебаний вынуждающей силы и собственных колебаний системы называется резонансом.

Рассматривая волны необходимо обратить внимание на следующие моменты: процесс распространения колебаний в среде называется волной; длинной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время равное периоду колебаний

частиц; скорость волны определяется из формулы: ; существуют продольные и поперечные – колебания частиц происходят перпендикулярно распространению волны.