Механические колебания. Механические волны. Звук. Колебания в природе и технике.

Колебаниями, или колебательным процессом, называется такой процесс, при котором величины, характеризующие состояние системы, то, возрастая, то, убывая, неоднократно принимают равновесные значения.

Значения величин, характеризующих систему в состоянии равновесия, называются равновесными значениями.

Примеры колебаний: сокращение сердца, свет; крылья птиц; ветви деревьев. Частицы: атомы, молекулы и т. д. постоянно совершают колебательные движения (покой в принципе не возможен).

Условия возникновения колебаний:

1) необходимо телу сообщить энергию при выведении его из положения равновесия;

2) необходимо действие возвращающей силы (сила тяжести, сила упругости)

3) необходимо наличие инерции, вследствие чего тело пройдет положение равновесия.

Колебания характеризуются следующими параметрами:

Период – время одного колебания. Т (с)

Частота – количество колебаний в единицу времени. (Гц)

Смещение – направленный отрезок от положения равновесия до положения тела в данный момент времени. х(м)

Амплитуда – модуль максимального значения величины. А

Виды колебаний: гармонические и ангармонические, затухающие и незатухающие, свободные и вынужденные, периодические и непериодические.

Гармоническими называются колебания, происходящие по закону синуса или косинуса.

Модели колебательной системы: математический и пружинный маятник.

Волнами называются колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени.

Существуют два вида волн:

Поперечной волной называется волна, при распространении которой колебания совершаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны.

Продольной волной называется волна, при распростране­нии которой колебания совершаются вдоль направления распространения волны.

Основное свойство всех волн, независимо от их физи­ческой природы состоит в том, что они переносят энер­гию без переноса вещества.

Расстояние между ближай­шими друг к другу точками волны, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной волны.

Волна (одна) образуется за время, равное периоду. Волны отличаются друг от друга длиной.

Длина волны – расстояние, на которое распространяется колебание за время, равное периоду.

;

Важнейшей характеристикой волны является скорость. Волны любой природы распространяются в пространстве с конечной скоростью. Скорость распространения волн зависит от среды, в которой они распространяются. При переходе волн из одной среды в другую, изменяются длина и скорость волны, а частота сохраняется.

Звук. Волны можно либо видеть, либо слышать. Слышать можно только продольные волны, так как в них есть перепад давления между сгущениями и разряжениями.

Звуки – слышимые продольные волны. Они излучаются колеблющимися средами.

По способу возникновения звуки делятся на три вида:

1) ударные (кратковременные)

2) шумы (угнетают, вызывают старение)

3) музыкальные (гармонические колебания; - способствуют развитию)

По частоте:

1) Инфразвуки ( <20 Гц). Эти звуки слышат животные. Эти звуки убивают, разрушают, вызывают чувство страха (буревестник).

2) Звуки, слышимые человеком (20≤ ≤20000 Гц)

~ 20 Гц – звуки низкого тона

~ 20000 Гц – звуки высокого тона

Эти звуки используются для передачи информации и для изменения настроения. Громкость зависит от слухового аппарата.

3) ультразвуки ( >20000 Гц). Их свойства:

а) ультразвуки распространяются в виде параллельного пучка, следовательно, могут быть применены для обнаружения преград (дефектоскопия);

б) нагревают преграды (ультразвуковая сварка);

в) убивают мельчайшие организмы (защита семян от клеща);

г) хорошо перемешивают вещества (приготовление эмульсий)

 

Если в области распространения звуков окажется среда, собственная частота которой равна частоте звуков, то эта среда начинает звучать (камертон).

Звучание сред при воздействии звуков наз. звуковым резонансом.

Если на пути распространения звуков окажется преграда, размеры которой больше длины звуковой волны, то она отразит звук.

Отраженный звук называется эхо. (Эхолот, эхолокация)

Билет № 9