1. ПрезентацияПрезентация
по теме: «Механическиепо теме: «Механические
колебания и волны»колебания и волны»
Омск 2009 год

2. СодержаниеСодержание
 1. Колебания1. Колебания
 2. Виды колебаний2. Виды колебаний
 2.1. Свободные колебания2.1. Свободные колебания
 2.2. Математический маятник2.2. Математический маятник
 2.3. Пружинный маятник2.3. Пружинный маятник
 3. Гармонические колебания3. Гармонические колебания
 3.1. Понятие3.1. Понятие
 3.2. Уравнение и графики3.2. Уравнение и графики
 3.3. Превращение энергии3.3. Превращение энергии
 4. Вынужденные колебания4. Вынужденные колебания
 4.1. Собственная частота4.1. Собственная частота
 4.2. Резонанс4.2. Резонанс
 5. Автоколебания5. Автоколебания
 6. Волны6. Волны
 7. Поперечные и продольные волны7. Поперечные и продольные волны
 8. Волны в среде8. Волны в среде
 9. Звуковые волны9. Звуковые волны
 10. Свойства волн10. Свойства волн
 10.1. отражение и преломление волн10.1. отражение и преломление волн
 10.2. Интерференция волн10.2. Интерференция волн
 10.3.Дифракция волн10.3.Дифракция волн
 10.4. Поляризация волн10.4. Поляризация волн

3. 1. Колебания1. Колебания
Колебания – это движения илиКолебания – это движения или
процессы, которые точно илипроцессы, которые точно или
приблизительно повторяются черезприблизительно повторяются через
определенные интервалы времени.определенные интервалы времени.
Механические колебания и волны –Механические колебания и волны –
раздел механики, изучающий особый видраздел механики, изучающий особый вид
движения – колебания, а так жедвижения – колебания, а так же
распространение колебаний в пространствераспространение колебаний в пространстве

4. Механические колебанияМеханические колебания
 Колебания механических величин (смещения,Колебания механических величин (смещения,
скорости, ускорения, энергии и т. п.)скорости, ускорения, энергии и т. п.)
Виды колебаний
• Свободные
• Вынужденные
• Автоколебания
Колебательная система –
это система тел, совершающих колебание.

5.  СвободныеСвободные
Колебания, возникающиеКолебания, возникающие
при однократномпри однократном
воздействии внешнейвоздействии внешней
силы (первоначальномсилы (первоначальном
сообщении энергии) исообщении энергии) и
при отсутствии внешнихпри отсутствии внешних
воздействий навоздействий на
колебательную систему.колебательную систему.
Условия возникновения свободных
колебаний
1. Колебательная система должна
иметь положение устойчивого
равновесия.
2. При выведении системы из
положения равновесия должна
возникать равнодействующая сила,
возвращающая систему в исходное
положение
3. Инертность системы
4. Силы трения (сопротивления) очень
малы.

6. Математический маятникМатематический маятник
 это материальная точка, подвешенная наэто материальная точка, подвешенная на
невесомой и нерастяжимой нити.невесомой и нерастяжимой нити. РеальныйРеальный
маятник можно считать математическим, еслимаятник можно считать математическим, если
длина нити много больше размеровдлина нити много больше размеров
подвешенного на ней тела, масса нитиподвешенного на ней тела, масса нити
ничтожна мала по сравнению с массой тела, аничтожна мала по сравнению с массой тела, а
деформации нити настолько малы, что имидеформации нити настолько малы, что ими
вообще можно пренебречь.вообще можно пренебречь.
 Колебательную систему в данном случаеКолебательную систему в данном случае
образуют нить, присоединенное к ней тело иобразуют нить, присоединенное к ней тело и
Земля, без которой эта система не могла быЗемля, без которой эта система не могла бы
служить маятником.служить маятником.
 Причинами свободных колебанийПричинами свободных колебаний
математического маятника являются:математического маятника являются:
1. Действие на маятник силы натяжения и силы1. Действие на маятник силы натяжения и силы
тяжести, препятствующей его смещению изтяжести, препятствующей его смещению из
положения равновесия и заставляющей его сноваположения равновесия и заставляющей его снова
опускаться.опускаться.
2. Инертность маятника, благодаря которой он,2. Инертность маятника, благодаря которой он,
сохраняя свою скорость, не останавливается всохраняя свою скорость, не останавливается в
положении равновесия, а проходит через негоположении равновесия, а проходит через него
дальше.дальше.
..
 Период свободных колебаний математическогоПериод свободных колебаний математического
маятника не зависит от его массы, амаятника не зависит от его массы, а
определяется лишь длиной нити и ускорениемопределяется лишь длиной нити и ускорением
свободного падения в том месте, где находитсясвободного падения в том месте, где находится
маятник.маятник.
•Период свободных колебаний математического маятника

7. Пружинный маятникПружинный маятник
 Материальная точка,Материальная точка,
закрепленная назакрепленная на
абсолютно упругойабсолютно упругой
пружинепружине
Циклическая частота и период колебаний равны, соответственно:

8. Гармонические колебания – это колебания, при которых колеблющаясяГармонические колебания – это колебания, при которых колеблющаяся
величина изменяется со временем по закону синуса или косинусавеличина изменяется со временем по закону синуса или косинуса
•уравнения гармонических
колебаний (законы движения
точек) имеют вид

9. Превращение энергииПревращение энергии
 график зависимостиграфик зависимости
потенциальной ипотенциальной и
кинетической энергиикинетической энергии
пружинного маятника отпружинного маятника от
координаты х.координаты х.
 качественные графикикачественные графики
зависимостейзависимостей
кинетической икинетической и
потенциальной энергиипотенциальной энергии
от времени.от времени.

10.  ВынужденныеВынужденные
Колебания, возникающие под действиемКолебания, возникающие под действием
внешних, периодически изменяющихся силвнешних, периодически изменяющихся сил
(при периодическом поступлении энергии(при периодическом поступлении энергии
извне к колебательной системе)извне к колебательной системе)
 Частота вынужденных колебанийЧастота вынужденных колебаний
равна частоте изменения внешнейравна частоте изменения внешней
силысилы
 ЕслиЕсли FbcFbc изменяется по законуизменяется по закону
синуса или косинуса, тосинуса или косинуса, то
вынужденные колебания будутвынужденные колебания будут
гармоническимигармоническими

11.  Резонанс – это явление, при котором резко возрастает амплитудаРезонанс – это явление, при котором резко возрастает амплитуда
вынужденных колебаний (происходит наиболее полная передачавынужденных колебаний (происходит наиболее полная передача
энергии от одной колебательной системы к другой )энергии от одной колебательной системы к другой )
 Чем меньше трение, тем больше возрастает амплитудаЧем меньше трение, тем больше возрастает амплитуда
резонансных колебанийрезонансных колебаний
 Резонанс наблюдается, когда частота собственныхРезонанс наблюдается, когда частота собственных
колебаний совпадает с вынужденной частотойколебаний совпадает с вынужденной частотой V = VoV = Vo

12.  При автоколебаниях необходимо периодическоеПри автоколебаниях необходимо периодическое
поступлении энергии от собственного источникапоступлении энергии от собственного источника
внутри колебательной системывнутри колебательной системы

13. волныволны Распространение колебаний от точки к точке (от частицыРаспространение колебаний от точки к точке (от частицы
к частице) в пространстве с течением времени.к частице) в пространстве с течением времени.
Уравнение волныУравнение волны

14.  Поперечные -это волны, вПоперечные -это волны, в
которых частицы средыкоторых частицы среды
колеблются перпендикулярноколеблются перпендикулярно
направлению волны,направлению волны,
 Деформация сдвига в твердых телах, наДеформация сдвига в твердых телах, на
поверхности жидкостиповерхности жидкости
 Продольные – это волны, в которых частицыПродольные – это волны, в которых частицы
среды колеблются вдоль направлениясреды колеблются вдоль направления
распространения волны.распространения волны.
 Деформация сжатия в газах, жидкостях, твердых телахДеформация сжатия в газах, жидкостях, твердых телах
Причины возникновения механических волнПричины возникновения механических волн
1.1. Упругая среда (частицы среды взаимодействуют за счетУпругая среда (частицы среды взаимодействуют за счет
сил упругости)сил упругости)
2.2. Инертность частицИнертность частиц
Волны и энергияВолны и энергия
1.1. Вместе с колебаниями волной переносится энергия колебаний, хотяВместе с колебаниями волной переносится энергия колебаний, хотя
сами носители этой энергии, колеблющиеся частицы, с волной несами носители этой энергии, колеблющиеся частицы, с волной не
переносятсяпереносятся
2.2. Волна является переносчиком энергииВолна является переносчиком энергии

15. Волны в среде.Волны в среде.
Волновая поверхность – геометрическое место точек,Волновая поверхность – геометрическое место точек,
колеблющихся в одинаковой фазеколеблющихся в одинаковой фазе
Волновой фронт – геометрическое место точек, доВолновой фронт – геометрическое место точек, до
которых доходят колебания к моменту временикоторых доходят колебания к моменту времени tt
Луч – линия перпендикулярная волновой поверхностиЛуч – линия перпендикулярная волновой поверхности
(эта линия показывает направление(эта линия показывает направление
распространения волны)распространения волны)
Виды волнВиды волн

16.  Звук – продольнаяЗвук – продольная
механическая волнамеханическая волна
определенной частотыопределенной частоты
 Звуковые волны с частотами отЗвуковые волны с частотами от
16 до 2104 Гц воздействуют на16 до 2104 Гц воздействуют на
органы слуха человека,органы слуха человека,
вызывают слуховые ощущениявызывают слуховые ощущения
и называютсяи называются слышимымислышимыми
звуками.звуками. Звуковые волны сЗвуковые волны с
частотами менее 16 Гцчастотами менее 16 Гц
называютсяназываются инфразвукамиинфразвуками,, а са с
частотами более 2104 Гц –частотами более 2104 Гц –
ультразвукамиультразвуками..
 Восприятие звука органамиВосприятие звука органами
слуха зависит от того, какиеслуха зависит от того, какие
частоты входят в составчастоты входят в состав
звуковой волны.звуковой волны.
 Скорость звука в воздухеСкорость звука в воздухе
приблизительно 330 м/сприблизительно 330 м/с
 Высота тонаВысота тона зависит отзависит от
частоты: чем больше частота,частоты: чем больше частота,
тем выше тон.тем выше тон.
 Громкость звукаГромкость звука зависит отзависит от
интенсивности звука, т.е.интенсивности звука, т.е.
определяется амплитудойопределяется амплитудой
колебаний в звуковой волне.колебаний в звуковой волне.
НаибольшейНаибольшей
чувствительностью органычувствительностью органы
слуха обладают к звукам сслуха обладают к звукам с
частотами от 700 до 6000 Гц.частотами от 700 до 6000 Гц.

17. Свойства волнСвойства волн
 Принцип ГюйгенсаПринцип Гюйгенса
Каждая возбужденная волной точкаКаждая возбужденная волной точка
сама становится источникомсама становится источником
элементарных волн. Огибающаяэлементарных волн. Огибающая
элементарных волн дает новоеэлементарных волн дает новое
положение волнового фронтаположение волнового фронта
 Принцип суперпозиции волнПринцип суперпозиции волн
При распространении в средеПри распространении в среде
нескольких волн каждая изнескольких волн каждая из
них распространяется так,них распространяется так,
как будто другие волныкак будто другие волны
отсутствуютотсутствуют

18.  1. Падающий луч,1. Падающий луч,
преломленный луч ипреломленный луч и
перпендикуляр в точкеперпендикуляр в точке
падения лежат в однойпадения лежат в одной
плоскостиплоскости
 2. Отношение синусов угла2. Отношение синусов угла
падения и угла преломленияпадения и угла преломления
есть величина постоянная иесть величина постоянная и
равна отношению скоростейравна отношению скоростей
волны в этих средахволны в этих средах
Законы преломленияЗаконы преломления

19. 1. Падающий луч,1. Падающий луч,
отраженный луч иотраженный луч и
перпендикуляр в точкеперпендикуляр в точке
падения лежат в однойпадения лежат в одной
плоскостиплоскости
2. Угол падения равен2. Угол падения равен
углу отраженияуглу отражения
Законы отраженияЗаконы отражения
αα==ββ

21. Интерференция волнИнтерференция волн
 Устойчивая картина чередованияУстойчивая картина чередования
максимумов и минимумов колебаний точекмаксимумов и минимумов колебаний точек
среды при наложении когерентных волнсреды при наложении когерентных волн
 Когерентные волны – это волны одинаковойКогерентные волны – это волны одинаковой
частоты с постоянной разностью фазчастоты с постоянной разностью фаз

23. Дифракция волнДифракция волн
 ОтклонениеОтклонение
направлениянаправления
распространенияраспространения
волн отволн от
прямолинейного упрямолинейного у
границы преградыграницы преграды
(огибание волнами(огибание волнами
препятствий)препятствий)
 Условие: размерыУсловие: размеры
препятствияпрепятствия
должны бытьдолжны быть
сравнимы с длинойсравнимы с длиной
волныволны

24.  Поляризация – этоПоляризация – это
выделение колебанийвыделение колебаний
поперечной волныпоперечной волны
строго одногострого одного
направления (принаправления (при
помощи поляризатора)помощи поляризатора)

25. 2. «Благодаря» какому явлению в наших домах дребезжат стекла, когда2. «Благодаря» какому явлению в наших домах дребезжат стекла, когда
вблизи пролетает самолет?вблизи пролетает самолет?
А) резонанс Б) дифракция В) преломлениеА) резонанс Б) дифракция В) преломление
3. Высота звука определяется3. Высота звука определяется
А) частотой Б) амплитудой В) длиной волныА) частотой Б) амплитудой В) длиной волны
4. Слышать друг друга в густом лесу мы можем только благодаря4. Слышать друг друга в густом лесу мы можем только благодаря
эффектуэффекту
А) отражения Б) дифракцииА) отражения Б) дифракции
В) преломления волнВ) преломления волн
5. Каков период на рисунке 1?5. Каков период на рисунке 1?
А) 20см Б) 8с В) 2мА) 20см Б) 8с В) 2м
1. Какое изображение не отражает1. Какое изображение не отражает
явление интерференции волн?явление интерференции волн?
А)1 Б)2 В)3А)1 Б)2 В)3 2211 33
Тест по темеТест по теме
Рис. 1Рис. 1

26. Ответы на тестОтветы на тест
 1 В1 В
 2 А2 А
 3 А3 А
 4 Б4 Б
 5 Б5 Б