Механические колебания

Механические колебания.

Механические колебания - это движение, которое периодически повторяется.

Характеристики колебаний.

Период – время одного полного колебания.

( где N – количество колебаний, t – время наблюдения). T = [с]

Частота (собственная) – количество полных колебаний за единицу времени.

Смещение – отклонение тела от положения равновесия; x = [м]

Амплитуда – максимальное отклонение тела от положения равновесия, xm = [м]

Виды колебаний.

Свободные	Вынужденные
колебания, совершаемые в системе, выведенной из состояния равновесия и затем предоставленной самой себе. (Колебания, происходящие за счёт внутренних сил системы)	колебания, происходящие под действием внешней периодически изменяющейся силы
затухающие (причина – сила трения)	не затухающие (причина – периодически действующая внешняя сила)
t   x   х	t

x

Механические колебательные системы – маятники.

Маятник на нити	Маятник на пружине.
α   m   k   g   T = 2p n = L	T = 2p n = ;

Графики гармонических колебаний.

Энергия колебаний.

h

Динамика колебаний.

+ m = m - ранодействующяя – возращающая сила - переменная величина Þ ускорение является величиной постоянно меняющейся по модулю и напрвлению

Резонансная кривая при различных значениях силы трения.

х

2

Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды колебаний, при совпадении собственной частоты колебательной системы с частотой внешней силы.

1

γ

Возрастание амплитуды при резонансе выражено тем отчетливее, чем меньше трение в системе. Fтр1< Fтр2

Механические волны. а начала колебаний полная фаза колебаний, величина, стоящая под знаком косинуса.

Волна- это процесс распространения колебаний в пространстве с течением времени.

Механические волны возникают и распространяются только в упругих средах.

В вакууме механические волны не распространяются.

Волны

Направление колебаний частицы

поперечные продольные

Направление движения волны Возникают при наличии деформации сдвига на границе упругих сред. Могут возникнуть только в твердых телах и на поверхности жидкости.	Направление движения волны Возникают при наличии деформации растяжения (сжатия) внутри упругой среды. Могут возникнуть и в газах, и в твердых телах, и в жидкостях.

Характеристики волн.

Длина волны – это расстояние, на которое распространяется волна за время равное периоду или расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе.

λ= υТ λ=υ/v

Волна переносит энергию и импульс, но не переносит вещество.

При переходе из одной среды в другую меняются υ и λ, v = const.

vволны = vколебаний источника

Частота не зависит от свойств среды.

Звуковые волны.

λ

Примером механической продольной волны может являться звук. Человеческое ухо воспринимает колебания в интервале от 01.01.010 Гц.

Скорость звука зависит от свойств среды, в которой распространяется звук: чем плотнее среда, тем выше скорость. Скорость звука в газах зависит от их температуры: чем выше температура газа, тем больше скорость звука. Скорость звука в воздухе при 0оС и нормальном атмосферном давлении равна 332 м/с.

Скорость звука в различных средах, м/с (при t = 20оС).

Воздух 343	Дерево (ель) 5000
Вода 1483	Сталь 5000 – 6100
Медь 4700	Стекло 5500

Характеристики звука.

Высота звука	Тембр звука.	Громкость звука.
Зависит от частоты колебаний: чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.	Это качество звука, зависит от состава сложного звука (обертонов).	Зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний источника звука, тем громче звук.

Ультразвуковые волны – частота колебаний источника выше 20000 Гц.

Инфразвуковые волны – частота колебаний источника менее 16 Гц.

Свойства механических волн:

1. Поглощение (не упругими средами)

2. Отражение (от упругих сред) ЭХО

3. Дифракция (огибание препятствий)

4. Интерференция (сложение когерентных волн).

Эхолокация – метод определения расстояния до объекта (глубины) с помощью звуковых или ультразвуковых волн.