9 класс. Урок 38. Механические колебания и волны. Скорость распространения, длина и частота волны.

В природе и технике широко распространены повторяющиеся движения.Колеблются деревья и флаги на ветру, струны рояля и гитары, детали станков и двигателей. В живой природе повторяющимися движениями являются биение сердца, взмахи крыльев, шаги и многое другое.

Отличительной особенностью колебания является прохождение колеблющимся телом своего положения равновесия.

Одной из характеристик колебаний является период (Т) – время, за которое колеблющееся тело совершит одно полное колебание (образно говоря, вперёд и назад). Величина, обратная периоду, называется частотой (n).

Единица частоты колебаний – 1 герц (1 Гц = ¹/с = с^–1). Колебания тел с различными частотами наш организм может воспринимать по-разному.

Видеоурок: Механические волны. Виды волн.

Видеоурок: Механические волны. Скорость волны, длина и частота волны.

Колебания тел и соприкасающегося с ними воздуха с частотами 16 Гц – 20 кГц наш орган слуха (ухо) воспринимает как звук.

Колебания могут иметь большую или меньшую частоту, больший или меньший размах – амплитуду. Амплитудой называют наибольшее смещение колеблющегося тела от положения равновесия. Единица амплитуды – 1 метр.

Механические колебания – движения, которые точно или приблизительно повторяются через некоторый промежуток времени, и при этом колеблющееся тело проходит через положение равновесия.

Кроме колебательного движения тел (или частиц тел) в природе широко распространено волновое движение, или, как говорят, волны в среде.

Явление распространения колебаний в пространстве (или среде) с течением времени называется волной. Механические волны бывают поперечными и продольными (см. рисунок). Частицы поперечной волны колеблются поперёк направления распространения волны, а частицы продольной – вдоль направления распространения волны.

В любой волне всегда есть частицы, которые в один и тот же момент времени смещены одинаково по отношению к положению равновесия.Расстояние между ближайшими частицами волны, сместившимися одинаково, называется длиной волны. Единица длины волны – 1 метр.

Продольные волны – это сгущения и разрежения среды. Поэтому такие волны могут существовать в любых телах – твёрдых, жидких, газообразных. Поперечные волны могут существовать только в твёрдых телах, так как для распространения такой волны необходимо такое расположение частиц, чтобы между ними могли возникать поперечные силы упругости.

Справа показано распространение поперечной волны с течением времени. Каждая волна переносит энергию (на рисунке – слева направо). Ведь распространение колебаний на участки среды, прежде находившиеся в покое, и означает распространение (передачу) энергии.

следующая частица начинает двигаться перпендикулярно направлению распространения волны, совершая колебания около своего положения равновесия.
Одновременно с этим Колебания среды, где распространяется волна, являются вынужденными. Поэтому период их колебаний равен периоду колебаний возбудителя волны. Однако скорость распространения волн в разных средах различна. Например, звуковые волны, переходя из воды в воздух, уменьшают свою скорость в 4–5 раз. Причина – плотность воздуха меньше, чем воды.
Физическая величина, равная отношению длины волны l к периоду колебаний её частиц T, называется скоростью волны. Единица скорости волны – 1 м/с.