Урок физики "Колебания, их виды и характеристики".
план-конспект урока по физике (11 класс) на тему

Механические колебания. Характеристики колебательного движения.

Движения  тел, которые точно (или приблизительно) повторяются через равные промежутки времени  называют колебательными. Примерами механических колебаний являются колебания математического или пружинного маятников.

Математический маятник – колеблющаяся материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити. К этой модели ближе всего шарик, диаметр которого много меньше длины нити.

Пружинный  маятник, состоит из груза массой m и пружины жесткостью k.
Свободные (собственные) колебания совершаются под действием внутренних сил колебательной системы, а вынужденные — под действием внешней силы.

Основными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период, циклическая частота. Смещение — это отклонение тела от положения равновесия. Амплитуда — модуль максимального отклонения от положения равновесия. Частота — число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. Период — время одного полного колебания, т. е. минимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период и частота связаны соотношением: v = 1/Т. Циклическая (круговая) частота w - число полных колебаний, которые совершаются за 2p секунд. Фаза колебания - j - физическая величина, определяющая смещение x в данный момент времени. Измеряется в радианах (рад).

Фаза колебания в начальный момент времени (t=0) называется начальной фазой (j0).

Простейший вид колебательного движения — гармонические колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса.
Рассмотрим процесс превращения энергии на примере колебаний груза на нити.
 При отклонении маятника от положения равновесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня, следовательно, в точке А      обладает потенциальной энергией mgh. При движении к положению равновесия, к точке О, уменьшается высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратится в кинетическую энергию mv2/2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максимальное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происходит превращение кинетической энергии в потенциальную, скорость маятника уменьшается и при максимальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движении всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергии.

В каждый момент времени сумма потенциальной и кинетической энергий маятника, т.е. его полная механическая энергия, остается постоянной:

Eк + Eп = Eмех = const.

        Если колебания происходят под действием периодической внешней силы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители раскачивают ребенка на качелях, поршень движется в цилиндре двигателя автомобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины.