Звук — это механическая продольная волна, имеющая частоту от 20 до 20 000 Гц.

Источниками звука являются тела, колеблющиеся с такой частотой. Считается, что именно в таком диапазоне частот звук слышит человек, но индивидуальные особенности могут чуть увеличить или уменьшить этот диапазон.

Если закрепить линейку в тисках и заставить колебаться свободный конец, то мы увидим колебания и услышим звук.

Колебания камертона не так очевидны. Чтобы их увидеть поместим рядом лёгкий шарик. Когда камертон звучит, шарик приходит в движение.

Колебания камертона можно записать, тогда мы увидим, что это действительно волнообразное движение.

Эхолокация в природе

Эхолокация в технике

С помощью эхолокации можно определить глубину дна по времени прихода отражённого от него сигнала.

h = vt / 2

Характеристики звука

Высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота, тем выше звук.

Громкость звука зависит от его амплитуды: чем больше амплитуда, тем громче звук.

Звуки от разных источников могут содержать сразу несколько частот. Самую низкую частоту называют основным тоном, а остальные — обертонами. Их частоты в целое число раз отличаются от основного тона.

Обертоны определяют тембр звука, то есть такое его качество, которое позволяет нам различать звуки от разных источников. Камертон, например, издаёт чистый тон — колебания только одной частоты.

Информация о материале

Просмотров: 63

Если потерями энергии на трение пренебречь нельзя, то колебания будут затухать со временем.

Затухающими называются колебания, амплитуда которых уменьшается со временем.

Чем больше сила сопротивления движению, тем быстрее затухают колебания. Поэтом при колебаниях в воде амплитуда уменьшается быстрее, чем при колебаниях в воздухе.

Свободные колебания всегда затухающие, так как начальный запас энергии в конце концов будет потрачен на преодоление трения.

Чтобы колебания не затухали, им нужно компенсировать потерянную энергию.

Вынужденные колебания

Колебания, совершаемые под действием внешней периодической силы, называются вынужденными.

Колебания качелей будут продолжаться без затухания, если каждый такт их немного подталкивать в направлении движения.

Внешнюю, периодически изменяющуюся силу, называют вынуждающей силой.

Частота установившихся вынужденных колебаний равна частоте вынуждающей силы.

Резонанс

Случались ситуации, когда мост в непогоду вдруг начинал сильно раскачиваться и мог даже разрушиться.

Это может произойти в случае, когда частота порывов ветра совпала или приблизилась к частоте собственных колебаний моста.

Это же явление заставляет сильнее раскачиваться маятник, если на него воздействовать с частотой, близкой к частоте собственных колебаний (средний маятник).

График зависимости результурующей амплитуды вынужненных колебаний от частоты вынуждающей силы имеет максимум на частоте, равной частоте собственных колебаний.

Явление резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частот вынуждающей силы и собственных колебаний маятника называется резонансом.

Амплитуда колебаний при резонансе будет максимальной, когда частота вынуждающей силы совпадает с частотой собственных колебаний.

Явление резонанса может наблюдаться только при вынужденных колебаниях.

Информация о материале

Просмотров: 102

Волны — это распространение колебаний в пространстве.

В этом примере в пружине распространяется возмущение — изменение некоторых параметров среды, в данном случае меняются сила упругости, скорость, ускорение и смещение витков пружины. Это пример бегущей волны.

При этом каждый виток колеблется около своего положения равновесия и вся пружина целиком остаётся на месте. 

В бегущей волне происходит перенос энергии без переноса вещества.

Мы будем рассматривать только упругие волны — волны, которые распространяются в упругой среде.

Волна в пружине является примером продольной волны — волны, в которой распространение возмужения происходит в направлении колебаний. Для существования продольной волны в среде в процессе колебаний должна возникать сила упругости на сжатие. Такие волны могут распространяться в любой упругой среде.

Волна на шнуре или на поверхности воды — это пример поперечной волны — волны, распространение которой происходит перпендикулярно направлению колебаний.

Для распространения поперечной волны в среде должна возникать сила упругости сдвига. Такие силы возникают только в твердых средах, а также на границе раздела двух сред, например, волны на поверхности воды.

 Характеристики волн

Поскольку волны — это те же колебания, но распространяющиеся в пространстве, у них остаются все параметры, которые характеризуют колебательное движение. Но добавляются и особенные, относящиеся к волнам.

Длина волны — это рассторяние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний.

λ = v · T

Длину волны можно определить как расстояние между двумя точками, колеблющимися в одинаковой фазе.

Скорость распространения волны

Информация о материале

Просмотров: 118

Гармоническими называются колебания, происходящие под действием силы, пропорциональной смещению материальной точки и направленной противоположно этому смещению.

Графиком зависимости координаты от времени при гармонических колебаниях является косинусоида (синусоида).

На рисунке показаны графики гармонических колебаний двух тел, а также параметры колебаний, которые можно определить по этим графикам.

Математический маятник

Материальную точку, подвешенную на невесомой нерастяжимой нити, называют математическим маятником. 

Математический маятник — это абстрактная модель. Но колебания тяжёлого шарика на тонкой нити будут близки к колебаниям математического маятника.

Нидерландский учёный Христиан Гюйгенс (1629-1695), исследуя закономерности колебаний маятника, установил, что период малых собственных колебаний математического маятника зависит от длины маятника и ускорения свободного падения:

Пружинный маятник

Груз, колеблющийся под действием абсолютно упругой невесомой пружины, называется пружинным маятником.

Такой маятник также совершает гармонические колебания с периодом, который зависит от жёсткости пружины и массы груза:

При гармонических колебаниях периодически меняется не только смещение тела, но и его скорость и ускорение. Но они колеблются в других фазах.

Превращение энергии при колебаниях

При механических колебаниях тело и пружина или тело на нити и Земля представляют собой замкнутую систему и взаимодействуют консервативными силами (тяжести и упругости). Поэтому должен выполняться закон сохранения полной механической энергии. Но в процессе колебаний один вид энергии превращается в другой.

Однако период колебаний энергии (и кинетической, и потенциальной) в 2 раза больше периода колебаний самого маятника. А частота, соответственно, в 2 раза меньше.

Информация о материале

Просмотров: 93