Қалпына келтіру күшінің әсерінен болатын тербелістер. Тербелмелі жүйелердің негізгі қасиеті. Дыбыс жылдамдығы байланысты
Механикалық тербелістер – бұл белгілі бір уақыт аралығында дәл немесе шамамен қайталанатын қозғалыстар. (Мысалға, бұтақтың ағашқа бұрылуы, сағаттың маятнигі, машинаның серіппеде және т.б.)
Тербелістер - бұл Тегінжәне мәжбүр.
Ішкі күштердің әсерінен жүйеде пайда болатын тербелістер деп аталадыТегін... Барлық бос тербелістер сөндірілген. (Мысалға: соққыдан кейін жіп дірілі)
Периодты түрде өзгеретін сыртқы күштердің әсерінен денелер жасайтын тербелістер деп аталадымәжбүр (Мысалға: темір ұстасы балғамен соғылған кезде металл дайындаманың тербелуі).
Еркін діріл жағдайлары :
- Денені тепе -теңдік күйден алып тастағанда, жүйеде оны тепе -теңдік күйге қайтаруға бейім күш пайда болуы керек;
- Жүйедегі үйкеліс күштері өте аз болуы керек (яғни нөлге бейім).
… E туыс → E R → E туыс →…
Жіптегі дене дірілінің мысалын қолдана отырып, біз көреміз энергияны түрлендіру ... 1 -позицияда біз тербелмелі жүйенің тепе -теңдігін байқаймыз. Дененің жылдамдығы, демек, кинетикалық энергиясы максималды. Маятник тепе -теңдік күйден ауытқу кезінде биіктікке көтеріледі с нөлдік деңгейге қатысты, демек, А нүктесінде маятниктің потенциалдық энергиясы бар E б ... Тепе -теңдік күйге ауысқанда, О нүктесіне дейін биіктік нөлге дейін төмендейді, ал жүктің жылдамдығы артады, ал О нүктесінде барлық потенциалдық энергия E б кинетикалық энергияға айналады Е туыс ... Тепе -теңдік күйде кинетикалық энергия максимумда, ал потенциалдық энергия минимумда болады. Инерция арқылы тепе -теңдік күйден өткеннен кейін кинетикалық энергия потенциалдық энергияға айналады, маятниктің жылдамдығы төмендейді және максимум
Уақыт өте келе дененің қозғалыс күйлері қайталанып, дене тұрақты тепе -теңдік күйі арқылы қарама -қарсы бағытта ауысатын қозғалысты механикалық тербелмелі қозғалыс деп атайды.
Егер дененің қозғалыс күйлері белгілі бір уақыт аралығында қайталанса, онда тербелістер периодты болады. Тепе -теңдік күйден ауытқу кезінде тербелістер пайда болатын және болатын физикалық жүйе (дене) тербелмелі жүйе деп аталады.
Жүйедегі тербелмелі процесс сыртқы және ішкі күштердің әсерінен болуы мүмкін.
Жүйеде тек ішкі күштердің әсерінен болатын тербелістер еркін деп аталады.
Жүйеде еркін тербелістер пайда болуы үшін қажет:
- Жүйенің тұрақты тепе -теңдік позициясының болуы.Сонымен, 13.1, а суретте көрсетілген жүйеде еркін тербелістер пайда болады; b және c жағдайларда олар пайда болмайды.
- Тұрақты тепе -теңдік жағдайындағы энергиямен салыстырғанда материалдық нүктеде артық механикалық энергияның болуы. Сонымен, жүйеде (13.1 -сурет, а), мысалы, денені тепе -теңдік күйден шығару қажет: яғни. потенциалдық энергияның артық екенін хабарлаңыз.
- Қалпына келтіруші күштің материалдық нүктесіне әсер ету, яғни. күш әрқашан тепе -теңдік күйге бағытталады. Суретте көрсетілген жүйеде. 13.1, бірақ, қалпына келтіруші күш - ауырлық күші мен тіректің қалыпты реакциясының \ (\ vec N \) күші.
- Идеал тербелмелі жүйелерде үйкеліс күштері болмайды, нәтижесінде пайда болатын тербелістер ұзақ уақытқа созылуы мүмкін. Нақты жағдайда тербеліс қарсылық күштерінің қатысуымен жүреді. Тербелістің пайда болуы және жалғасуы үшін тұрақты тепе -теңдік орнынан ығыстырылған кезде материалдық нүкте алатын артық энергия осы позицияға оралғанда қарсылықты жеңуге толық жұмсалмауы керек.
Әдебиет
Аксенович Л.А. Орта мектептегі физика: Теория. Тапсырмалар. Тесттер: Оқулық. объектілердің түсуін қамтамасыз ететін мекемелерге жәрдемақы. орта, білім. - С. 367-368.
Барлық тербелмелі жүйелердің жалпы қасиеттері:
Тұрақты тепе -теңдік позициясының болуы.
Жүйені тепе -теңдік күйге қайтаратын күштің болуы.
Тербелмелі қозғалыстың сипаттамасы:
Амплитуда - дененің тепе -теңдік жағдайынан ең үлкен (модуль бойынша) ауытқуы.
Период - дене бір толық тербеліс жасайтын уақыт кезеңі.
Жиілік - уақыт бірлігіндегі тербелістер саны.
Фаза (фазалық айырмашылық)
Ғарышта таралатын, пайда болған жерінен алыстайтын бұзылулар деп аталады толқындар.
Толқынның пайда болуының қажетті шарты - оған кедергі келтіретін күштердің бұзылуының пайда болу сәтіндегі пайда болуы, мысалы серпімді күштер.
Толқындардың түрлері:
Бойлық - толқынның таралу бағыты бойынша тербелістер болатын толқын
Көлденең - тербелістер олардың таралу бағытына перпендикуляр жүретін толқын.
Толқынның сипаттамасы:
Толқын ұзындығы - бір фазада тербелетін бір -біріне жақын нүктелер арасындағы қашықтық.
Толқын жылдамдығы - бұл уақыт бірлігінде толқынның кез келген нүктесі өтетін қашықтыққа сандық түрде тең мән.
Дыбыс толқындары -бұл бойлық серпімді толқындар. Адам құлағы 20 Гц -ден 20000 Гц жиіліктегі тербелістерді дыбыс түрінде қабылдайды.
Дыбыс көзі - дыбыс жиілігінде дірілдейтін дене.
Дыбыс қабылдағыш - дыбыс тербелісін қабылдай алатын дене.
Дыбыс жылдамдығы - бұл дыбыс толқыны 1 секундта таралатын қашықтық.
Дыбыс жылдамдығы мыналарға байланысты:
Температуралар.
Дыбыс сипаттамалары:
Қадам
Амплитудасы
Көлемі. Діріл амплитудасына байланысты: діріл амплитудасы үлкен болған сайын дыбыс қаттырақ шығады.
Билет нөмірі 9.Газдардың, сұйықтардың және қатты денелердің құрылымының модельдері. Атомдар мен молекулалардың жылулық қозғалысы. Броундық қозғалыс және диффузия. Зат бөлшектерінің өзара әрекеттесуі
Барлық бағытта қозғалатын газ молекулалары бір -біріне тартылмайды және бүкіл ыдысты толтырады. Газдарда молекулалар арасындағы қашықтық молекулалардың өздерінен әлдеқайда үлкен. Орташа алғанда, молекулалар арасындағы қашықтық молекулалардың өлшемінен ондаған есе үлкен болғандықтан, олар бір -біріне әлсіз тартылады. Сондықтан газдардың өзіндік формасы мен тұрақты көлемі болмайды.
Сұйықтың молекулалары алыс қашықтықта таралмайды, ал қалыпты жағдайда сұйықтық өзінің көлемін сақтайды. Сұйық молекулалар бір -біріне жақын орналасқан. Әр екі молекула арасындағы қашықтық молекулалардың өлшемінен аз, сондықтан олардың арасындағы тартымдылық маңызды болады.
Қатты денелерде молекулалар (атомдар) арасындағы тартылыс сұйықтықтан да үлкен. Сондықтан қалыпты жағдайда қатты денелер пішіні мен көлемін сақтайды. Қатты денелерде молекулалар (атомдар) белгілі бір ретпен орналасады. Бұл мұз, тұз, металдар және т.б. Мұндай денелер деп аталады кристалдар.Қатты денелердің молекулалары немесе атомдары белгілі бір нүктенің айналасында дірілдейді және одан алыс жүре алмайды. Қатты дене өзінің көлемін ғана емес, пішінін де сақтайды.
Себебі оның t молекулалардың қозғалыс жылдамдығымен байланысты, содан кейін денелерді құрайтын молекулалардың ретсіз қозғалысы деп аталады жылу қозғалысы... Жылу қозғалысының механикалық қозғалыстан айырмашылығы - оған көптеген молекулалар қатысады және олардың әрқайсысы кездейсоқ қозғалады.
Броундық қозғалыс - Бұл қоршаған орта молекулаларының әсерінен болатын сұйықтықта немесе газда ілінген ұсақ бөлшектердің кездейсоқ қозғалысы. 1827 жылы ағылшын ботанигі Р.Браун ашқан және алғаш рет зерттеген тозаңның судағы қозғалысы сияқты, үлкен үлкейтуде көрінеді. Броундық қозғалыс тоқтамайды.
Бір заттың молекулаларының екінші молекулалар арасында өзара енуі болатын құбылыс деп аталады диффузия.
Зат молекулалары арасында өзара тартылыс болады. Сонымен бірге заттың молекулалары арасында итеріліс пайда болады.
Молекулалардың өлшемдерімен салыстырылатын қашықтықта тартымдылық байқалады, әрі қарай жақындағанда итеру.
Билет№ 10. Жылулық тепе -теңдік. Температура. Температураны өлшеу. Температура мен бөлшектердің ретсіз қозғалысының жылдамдығы арасындағы байланыс
Егер диатермиялық бөлік арқылы жанасқанда екі жүйенің де күй параметрлері өзгермейтін болса, екі жүйе жылу тепе -теңдік күйінде болады. Диатермиялық қалқалар жүйелердің жылулық әсерлесуіне мүлде кедергі жасамайды. Термиялық байланыс кезінде екі жүйе жылу тепе -теңдік күйіне келеді.
Температура - еркіндік дәрежесі бойынша термодинамикалық тепе -теңдік күйінде макроскопиялық жүйе бөлшектерінің орташа кинетикалық энергиясын сипаттайтын физикалық шама.
Температура - дененің қызу дәрежесін сипаттайтын физикалық шама.
Температураны термометр көмегімен өлшейді. Температураның негізгі өлшем бірліктері - Цельсий, Фаренгейт және Кельвин.
Термометр - берілген дененің температурасын анықтамалық мәндермен салыстыру арқылы өлшеуге арналған, шартты түрде сілтеме нүктелері ретінде таңдалған және өлшеу шкаласын орнатуға мүмкіндік беретін құрылғы. Бұл жағдайда әр түрлі термометрлер температура мен құрылғының кейбір байқалатын қасиеттері арасындағы әр түрлі қатынастарды қолданады, оларды температураға сызықтық тәуелді деп санауға болады.
Температураның жоғарылауымен бөлшектердің орташа жылдамдығы артады.
Температура төмендеген сайын бөлшектердің орташа жылдамдығы төмендейді.
Билет нөмірі 11.Ішкі энергия. Жұмыс және жылу алмасу дененің ішкі энергиясын өзгерту әдісі ретінде. Жылу процестеріндегі энергияның сақталу заңы
Денені құрайтын бөлшектердің қозғалыс және өзара әрекеттесу энергиясы деп аталады дененің ішкі энергиясы.
Дененің ішкі энергиясы дененің механикалық қозғалысына да, бұл дененің басқа денелерге қатысты орналасуына да тәуелді емес.
Дененің ішкі энергиясын екі жолмен өзгертуге болады: механикалық жұмысты орындау арқылы немесе жылу беру арқылы.
жылу беру.
Температураның жоғарылауымен дененің ішкі энергиясы артады. Температураның төмендеуімен дененің ішкі энергиясы төмендейді. Жұмыс кезінде дененің ішкі энергиясы артады.
Механикалық және ішкі энергия бір денеден екінші денеге ауысуы мүмкін.
Бұл қорытынды барлық жылу процестері үшін жарамды. Жылу беру кезінде, мысалы, көп қызған дене энергия береді, ал аз қызған дене энергия алады.
Энергия бір денеден екінші денеге ауысқанда немесе энергияның бір түрі екінші түрге айналғанда энергия сақталады .
Егер денелер арасында жылу алмасу жүрсе, онда барлық қыздырғыш денелердің ішкі энергиясы салқындатқыш денелердің ішкі энергиясы төмендеген сайын артады.
Билет№ 12. Жылу беру түрлері: жылуөткізгіштік, конвекция, сәулелену. Табиғаттағы және техникадағы жылу алмасудың мысалдары
Денеге немесе денеге жұмыс жасамай ішкі энергияны өзгерту процесі деп аталады жылу беру.
Бөлшектердің жылулық қозғалысы мен өзара әрекеттесуінің нәтижесінде дененің көп қызған бөліктерінен аз қызған бөліктерге энергияның берілуі деп аталады жылу өткізгіштік.
Ат конвекцияэнергия газ немесе сұйықтық ағындары арқылы тасымалданады.
Радиация -сәулелену арқылы жылу беру процесі.
Сәулелену арқылы энергияның берілуі басқа жылу тасымалдау түрлерінен ерекшеленеді, ол толық вакуумда жүргізілуі мүмкін.
Табиғаттағы және технологиядағы жылу алмасудың мысалдары:
Желдер.Атмосферадағы барлық желдер - ауқымды конвекциялық ағындар.
Конвекция мысалы, теңіз жағасында болатын жел мен желді түсіндіреді. Жазғы күндері жер күннен судан жылдамырақ жылынады, сондықтан құрлықтағы ауа суға қарағанда қызады, тығыздығы төмендейді және қысым теңіздегі суық ауаның қысымынан төмен болады. Нәтижесінде, байланысатын кемелердегідей, суық ауа теңізден жағалауға қарай жылжиды - жел соғады. Бұл күндізгі жел. Түнде су құрлыққа қарағанда баяу салқындайды, ал ауа құрлыққа қарағанда суық болады. Түнгі жел пайда болады - суық ауаның құрлықтан теңізге қозғалысы.
Тартым.Біз таза ауасыз отынның жануы мүмкін емес екенін білеміз. Егер ауа отқа, пешке, самауыр құбырына ауа кірмесе, отын жануды тоқтатады. Әдетте олар табиғи ауа ағыны - тартпаны қолданады. Пештің үстінде тартылыс жасау үшін, мысалы, зауыттардың, қондырғылардың, электр станцияларының қазандық қондырғыларында құбыр орнатылады. Жанармай жанғанда оның ішіндегі ауа қызады. Бұл отты және құбырдағы ауа қысымы сыртқы ауаның қысымынан төмен болады дегенді білдіреді. Қысымның айырмашылығына байланысты суық ауа отқа түседі, ал жылы ауа көтеріледі - тартпа пайда болады.
Өрт үстінен салынған мұржасы неғұрлым жоғары болса, сыртқы ауа мен мұржадағы ауа арасындағы қысым айырмашылығы соғұрлым жоғары болады. Сондықтан құбырдың биіктігі жоғарылаған сайын итеру күшейеді.
Тұрғын үйді жылыту және салқындату.Жердің қоңыржай және суық белдеуінде орналасқан елдердің тұрғындары үйлерін жылытуға мәжбүр. Тропикалық және субтропикалық белдеулерде орналасқан елдерде ауа температурасы қаңтарда да + 20 және +30 o С дейін жетеді. Мұнда бөлмелердегі ауаны салқындататын құрылғылар қолданылады. Ішкі ауаны жылыту да, салқындату да конвекцияға негізделген.
Табиғи конвекция орын алатындай етіп, салқындатқыш құрылғыларды төбеге жақынырақ орналастырған жөн. Өйткені, суық ауаның тығыздығы жылы ауаға қарағанда жоғары, сондықтан төмендейді.
Жылыту құрылғылары төменгі жағында орналасқан. Көптеген заманауи үлкен үйлер ыстық сумен жылытумен жабдықталған. Ондағы су айналымы мен бөлмедегі ауаның жылуы конвекцияның әсерінен болады.
Егер ғимаратты жылытуға арналған қондырғы онда орналасқан болса, онда жертөледе су жылытылатын қазандық орнатылған. Ыстық су қазандықтан тік құбыр бойымен көтеріледі, ол әдетте үйдің шатырында орналасады. Резервуардан тарату құбырлары жүйесі жүзеге асырылады, ол арқылы су барлық қабаттарға орнатылған радиаторларға өтеді, ол оларға жылуды береді және қазандыққа қайта оралады, ол қайтадан қызады. Бұл судың табиғи айналымы - конвекция.
Тербелмелі қозғалыс + §25, 26, Мыс. 23.Тербелістер қозғалыстың өте кең тараған түрі болып табылады.Мүмкін сіз өміріңізде сағаттың тербелмелі маятнигінде немесе желдегі ағаштардың бұтақтарында тербелмелі қозғалыстарды көрген шығарсыз. Мүмкін, сіз кем дегенде бір рет гитараңыздың жіптерін тартып, олардың дірілдегенін көрдіңіз. Әлбетте, егер сіз өз көзіңізбен көрмеген болсаңыз да, сіз кем дегенде иненің тігін машинасында немесе қозғалтқыштағы поршень қалай қозғалатынын елестете аласыз.
Барлық осы жағдайларда бізде мезгіл -мезгіл қайталанатын қозғалыстар жасайтын қандай да бір дене бар. Дәл осы қозғалыстар физикада тербеліс немесе тербелмелі қозғалыстар деп аталады. Тербелістер біздің өмірімізде өте жиі кездеседі.
Дыбыс- бұл ауа тығыздығы мен қысымының ауытқуы,
радио толқындар- электрлік және магниттік өрістердің беріктігінің мерзімді өзгеруі;
көрінетін жарық- сонымен қатар толқын ұзындығы мен жиілігі сәл өзгеше электромагниттік тербелістер.
Жер сілкінісі- топырақтың тербелісі;
құлдырау мен ағын- теңіздің және мұхит деңгейінің айдың тартылуынан және кейбір аудандарда 18 метрге жетуінен өзгеруі;
жүрек соғысы- адамның жүрек бұлшықетінің мерзімді жиырылуы және т.б.
Ұйқылық пен ұйқының, жұмыс пен демалыстың, қыс пен жаздың өзгеруі ... Біздің күнделікті жұмысқа баруымыз және үйге қайтуымыз флюктуацияның анықтамасына жатады, олар дәл немесе шамамен белгілі бір уақыт аралығында қайталанатын процестер ретінде түсіндіріледі.
Тербелістер механикалық, электромагниттік, химиялық, термодинамикалық және т.б.Әртүрлілікке қарамастан, олардың барлығының ортақ жақтары көп, сондықтан оларды теңдеулермен сипаттайды.
Мерзімді қайталанатын қозғалыстардың негізгі жалпы сипаттамасы - бұл қозғалыстар тербеліс периоды деп аталатын белгілі бір уақыт аралығында қайталанады.
Жинақтау:механикалық тербелістер - бұл нақты немесе шамамен белгілі бір уақыт аралығында қайталанатын дене қозғалыстары.
Бұл құбылыстардың заңдылықтарын зерттеумен физиканың арнайы саласы - тербеліс теориясы айналысады. Оларды кеме жасаушылар мен ұшақ жасаушылар, өнеркәсіп пен көлік мамандары, радиотехника мен акустикалық жабдықты жасаушылар үшін білу қажет.
Дірілдеу кезінде дене үнемі тепе -теңдік жағдайына ұмтылады. Тербелістер біреу немесе бірдеңе бұл денені тепе -теңдік күйінен бас тартқандықтан туындайды, осылайша денеге энергия береді, бұл оның одан әрі тербелісін анықтайды.
Тек осы бастапқы энергияның арқасында пайда болатын тербелістерді еркін тербелістер деп атайды. Бұл тербелмелі қозғалысты ұстап тұру үшін оларға сырттан үнемі көмек қажет емес екенін білдіреді. 
Өмір шындығындағы ауытқулардың көпшілігі үйкеліс күштерінің әсерінен, ауа кедергісінің әсерінен және т.б. Сондықтан мұндай тербелістерді көбінесе еркін тербелістер деп атайды, оларды бақылау кезеңінде біртіндеп бәсеңдетуді елемеуге болады.
Бұл жағдайда тербеліске қосылған және тікелей қатысатын барлық денелер жиынтықта тербелмелі жүйе деп аталады. Жалпы айтқанда, әдетте тербелмелі жүйе - бұл тербелістер болуы мүмкін жүйе.
Атап айтқанда, егер еркін ілінген дене жіпте дірілдейтін болса, онда дененің өзі, суспензия тербелмелі жүйеге енеді, оған ілініс пен Жер тартылуымен бекітілген, ол денені дірілдетеді, оны үнемі қайтарады. демалыс күйіне. 
Мұндай дене - маятник. Физикада маятниктің бірнеше түрлері ажыратылады: жіп, серіппе және басқалары. Тербелмелі денені немесе оның суспензиясын шартты түрде жіп түрінде ұсынуға болатын барлық жүйелер жіптер жүйесі болып табылады. Егер бұл доп тепе -теңдік күйінен алыстап, босатылса, онда ол басталады тартыну, яғни мезгіл -мезгіл тепе -теңдік позициясынан өтіп, қайталанатын қозғалыстарды орындау.
Ал, көктемгі маятниктер, сіз болжағандай, серпімді серпімділік күшінің әсерінен дірілдей алатын денеден және белгілі бір серіппеден тұрады.
Тербелістерді байқаудың негізгі моделі математикалық маятник деп аталады. Математикалық маятникмассасы массамен салыстырғанда шамалы болатын жіңішке созылмайтын жіпке ілінген шағын өлшемді дене (жіптің ұзындығымен салыстырғанда) деп аталады денеҚарапайым тілмен айтқанда, біз ойлауда маятниктің жіптерін мүлде ескермейміз.
Денелер қандай қасиеттерге ие болуы керек, осылайша біз оларды тербелмелі жүйе деп сенімді түрде айта аламыз және оны теориялық және математикалық түрде сипаттай аламыз.
Жіптің маятнигі үшін тербелмелі қозғалыс қалай пайда болатынын өзіңіз ойланыңыз.
Анықтама ретінде - сурет.
