Oscilații care apar sub influența forței de refacere. Principala proprietate a sistemelor oscilatorii. Viteza sunetului depinde de

Vibrații mecanice – acestea sunt mișcări care se repetă exact sau aproximativ la intervale regulate. (de exemplu, leagănul unei ramuri pe un copac, un pendul al unui ceas, o mașină pe arcuri și așa mai departe)

Oscilațiile sunt liberși forţat.

Se numesc oscilații care apar în sistem sub acțiunea forțelor interneliber... Toate vibrațiile libere sunt amortizate. (de exemplu: vibrația șirului, după impact)

Se numesc oscilații făcute de corpuri sub acțiunea forțelor externe care se schimbă periodicforţat (de exemplu: oscilația unei piese metalice atunci când un fierar ciocănește).

Condiții de vibrație liberă :

• Când corpul este scos din poziția de echilibru, trebuie să apară o forță în sistem care tinde să-l readucă în poziția de echilibru;
• Forțele de frecare din sistem trebuie să fie foarte mici (adică tind spre zero).

… E rude → E R → E rude →…

Folosind exemplul vibrațiilor corpului pe un fir, vedem conversie de energie ... În poziția 1, observăm echilibrul sistemului oscilator. Viteza și, prin urmare, energia cinetică a corpului sunt maxime. Când pendulul se abate de la poziția de echilibru, acesta se ridică la o înălțime h în raport cu nivelul zero, prin urmare, în punctul A, pendulul are energie potențială E p ... Când vă deplasați în poziția de echilibru, în punctul O, înălțimea scade la zero, iar viteza sarcinii crește, iar în punctul O toată energia potențială E p se va transforma în energie cinetică E kin ... În poziția de echilibru, energia cinetică este la maxim și energia potențială este la minim. După trecerea poziției de echilibru prin inerție, energia cinetică este convertită în energie potențială, viteza pendulului scade și la maxim

O mișcare în care stările de mișcare ale corpului se repetă în timp, iar corpul trece printr-o poziție de echilibru stabil alternativ în direcții opuse, se numește mișcare oscilatorie mecanică.

Dacă stările de mișcare ale corpului se repetă la intervale regulate, atunci oscilațiile sunt periodice. Sistemul fizic (corpul), în care apar oscilațiile și există atunci când deviază de la poziția de echilibru, se numește sistem oscilator.

Procesul oscilator din sistem poate avea loc sub influența atât a forțelor externe, cât și a celor interne.

Oscilațiile care apar în sistem sub acțiunea numai a forțelor interne sunt numite libere.

Pentru ca oscilațiile libere să apară în sistem, este necesar:

1. Prezența unei poziții stabile de echilibru a sistemului. Astfel, oscilațiile libere vor apărea în sistemul prezentat în Figura 13.1, a; în cazurile b și c nu vor apărea.
2. Prezența excesului de energie mecanică într-un punct material în comparație cu energia sa într-o poziție de echilibru stabil. Deci, în sistem (Fig. 13.1, a) este necesar, de exemplu, să îndepărtați corpul din poziția de echilibru: adică comunică un exces de energie potențială.
3. Acțiunea asupra punctului material al forței de refacere, adică forță îndreptată întotdeauna spre poziția de echilibru. În sistemul prezentat în Fig. 13.1, dar forța de refacere este forța de greutate rezultată și forța reacției normale \ (\ vec N \) a suportului.
4. În sistemele oscilatorii ideale, nu există forțe de frecare, iar oscilațiile rezultate pot dura mult timp. În condiții reale, oscilațiile apar în prezența forțelor de rezistență. Pentru ca oscilația să apară și să continue, energia în exces primită de punctul material atunci când este deplasată din poziția de echilibru stabil nu trebuie cheltuită complet pentru depășirea rezistenței la revenirea în această poziție.

Literatură

Aksenovich L.A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Manual. indemnizație pentru instituțiile care furnizează primirea de obs. medii, educație. - S. 367-368.

Proprietățile generale ale tuturor sistemelor oscilatorii:

Prezența unei poziții de echilibru stabil.

Prezența unei forțe care readuce sistemul într-o poziție de echilibru.

Caracteristicile mișcării oscilatorii:

Amplitudine - cea mai mare abatere (în modul) a corpului de la poziția de echilibru.

Perioada - perioada de timp în care corpul produce o vibrație completă.

Frecvența este numărul de oscilații pe unitate de timp.

Faza (diferența de fază)

Se numesc perturbări care se răspândesc în spațiu, îndepărtându-se de locul în care au apărut valuri.

O condiție necesară pentru apariția unei unde este apariția în momentul apariției unei perturbări de forțe care o împiedică, de exemplu, forțe elastice.

Tipuri de valuri:

Longitudinal - o undă în care oscilațiile apar de-a lungul direcției de propagare a undelor

Transversal - o undă în care oscilațiile apar perpendicular pe direcția de propagare a acestora.

Caracteristicile valurilor:

Lungimea de undă este distanța dintre punctele cele mai apropiate unele de altele, oscilând în aceleași faze.

Viteza undei este o valoare numerică egală cu distanța pe care o parcurge orice punct al undei pe unitatea de timp.

Unde sonore - acestea sunt unde elastice longitudinale. Urechea umană percepe vibrații cu o frecvență de la 20 Hz la 20.000 Hz sub formă de sunet.

Sursa sunetului este un corp care vibrează la o frecvență a sunetului.

Receptor de sunet - un corp capabil să perceapă vibrațiile sonore.

Viteza sunetului este distanța pe care o undă sonoră o propagă în 1 secundă.

Viteza sunetului depinde de:

1. Temperaturi.

Caracteristici sonore:

1. Pas

   Amplitudine

   Volum. Depinde de amplitudinea vibrațiilor: cu cât este mai mare amplitudinea vibrațiilor, cu atât sunetul este mai puternic.

Numărul biletului 9. Modele ale structurii gazelor, lichidelor și solidelor. Mișcarea termică a atomilor și moleculelor. Mișcare și difuzie browniană. Interacțiunea particulelor de materie

Moleculele de gaz, care se deplasează în toate direcțiile, aproape că nu sunt atrase una de cealaltă și umplu întregul vas. În gaze, distanța dintre molecule este mult mai mare decât dimensiunea moleculelor în sine. Deoarece, în medie, distanțele dintre molecule sunt de zeci de ori mai mari decât dimensiunea moleculelor, acestea sunt slab atrase una de cealaltă. Prin urmare, gazele nu au propria formă și volum constant.

Moleculele lichidului nu se dispersează pe distanțe mari, iar lichidul în condiții normale își păstrează volumul. Moleculele lichide sunt situate aproape una de alta. Distanța dintre fiecare două molecule este mai mică decât dimensiunea moleculelor, astfel încât atracția dintre ele devine semnificativă.

La solide, atracția dintre molecule (atomi) este chiar mai mare decât cea a lichidelor. Prin urmare, în condiții normale, solidele își păstrează forma și volumul. În solide, moleculele (atomii) sunt aranjate într-o ordine specifică. Acestea sunt gheață, sare, metale etc. Astfel de corpuri sunt numite cristale. Moleculele sau atomii de solide vibrează în jurul unui anumit punct și nu pot călători departe de acesta. Prin urmare, un corp solid își păstrează nu numai volumul, ci și forma.

pentru că t-ul său este asociat cu viteza de mișcare a moleculelor, apoi mișcarea haotică a moleculelor care alcătuiesc corpurile se numește mișcare termică... Mișcarea termică diferă de mișcarea mecanică prin faptul că multe molecule participă la ea și fiecare se mișcă aleatoriu.

Mișcare browniană - Aceasta este o mișcare aleatorie a particulelor mici suspendate într-un lichid sau gaz, care au loc sub impactul moleculelor din mediu. Descoperit și explorat pentru prima dată în 1827 de botanistul englez R. Brown la fel ca mișcarea polenului în apă, vizibil la mărire mare. Mișcarea browniană nu se oprește.

Se numește fenomenul în care există o penetrare reciprocă a moleculelor unei substanțe între moleculele alteia difuzie.

Atracția reciprocă există între moleculele unei substanțe. În același timp, există o repulsie între moleculele unei substanțe.

La distanțe comparabile cu dimensiunile moleculelor în sine, atracția este mai vizibilă și, cu o abordare suplimentară, repulsia.

Bilet№ 10. Echilibru termic. Temperatura. Măsurarea temperaturii. Relația dintre temperatură și viteza mișcării haotice a particulelor

Două sisteme se află într-o stare de echilibru termic dacă, la contactul printr-o partiție diatermică, parametrii de stare ai ambelor sisteme nu se modifică. Deflectorul diatermic nu interferează deloc cu interacțiunea termică a sistemelor. Cu contactul termic, cele două sisteme ajung la o stare de echilibru termic.

Temperatura este o mărime fizică care caracterizează aproximativ energia cinetică medie a particulelor unui sistem macroscopic într-o stare de echilibru termodinamic per grad de libertate.

Temperatura este o mărime fizică care caracterizează gradul de încălzire a corpului.

Temperatura este măsurată cu ajutorul termometrelor. Principalele unități de măsură pentru temperatură sunt Celsius, Fahrenheit și Kelvin.

Termometru - un dispozitiv utilizat pentru măsurarea temperaturii unui corp dat prin compararea acestuia cu valorile de referință, selectate în mod convențional ca puncte de referință și permițându-vă să setați scara de măsurare. În acest caz, termometre diferite utilizează relații diferite între temperatură și unele proprietăți observabile ale dispozitivului, care pot fi considerate liniar dependente de temperatură.

Pe măsură ce temperatura crește, viteza medie a particulelor crește.

Pe măsură ce temperatura scade, viteza medie a particulelor scade.

Biletul numărul 11. Energie interna. Munca și transferul de căldură ca modalități de schimbare a energiei interne a corpului. Legea conservării energiei în procesele termice

Se numește energia mișcării și interacțiunea particulelor care alcătuiesc corpul energia internă a corpului.

Energia internă a unui corp nu depinde nici de mișcarea mecanică a corpului, nici de poziția acestui corp față de alte corpuri.

Energia internă a corpului poate fi schimbată în două moduri: prin efectuarea de lucrări mecanice sau prin transfer de căldură.

transfer de căldură.

Pe măsură ce temperatura crește, energia internă a corpului crește. Odată cu scăderea temperaturii, energia internă a corpului scade. Energia internă a corpului crește atunci când se lucrează la el.

Energia mecanică și internă se poate transfera de la un corp la altul.

Această concluzie este valabilă pentru toate procesele termice. Cu transferul de căldură, de exemplu, un corp mai încălzit emite energie, iar un corp mai puțin încălzit primește energie.

Când energia este transferată de la un corp la altul sau când un tip de energie este transformat într-o altă energie persistă .

Dacă schimbul de căldură are loc între corpuri, atunci energia internă a tuturor corpurilor de încălzire crește la fel de mult ca și energia internă a corpurilor de răcire.

Bilet№ 12. Tipuri de transfer de căldură: conductivitate termică, convecție, radiații. Exemple de transfer de căldură în natură și tehnologie

Se numește procesul de schimbare a energiei interne fără a lucra asupra corpului sau a corpului însuși transfer de căldură.

Se numește transferul de energie din părțile mai încălzite ale corpului către cele mai puțin încălzite ca urmare a mișcării termice și a interacțiunii particulelor conductivitate termică.

La convecție energia este transportată de jeturile de gaz sau lichid în sine.

Radiații - procesul de transfer al căldurii prin radiații.

Transferul de energie prin radiație diferă de alte tipuri de transfer de căldură prin faptul că poate fi efectuat în vid complet.

Exemple de transfer de căldură în natură și tehnologie:

Vânturile. Toate vânturile din atmosferă sunt curenți de convecție pe o scară imensă.

Convecția explică, de exemplu, vânturile și briza care apar pe malul mării. În zilele de vară, terenul este încălzit de soare mai repede decât apa, prin urmare aerul de pe uscat se încălzește mai mult decât peste apă, densitatea acestuia scade și presiunea devine mai mică decât presiunea aerului mai rece peste mare. Ca urmare, ca și în vasele comunicante, aerul rece se deplasează în jos de la mare la coastă - bate vântul. Aceasta este briza din timpul zilei. Noaptea, apa se răcește mai încet decât pământul, iar aerul devine mai rece peste pământ decât peste apă. Se formează o briză de noapte - mișcarea aerului rece de la uscat la mare.

Tracţiune.Știm că arderea combustibilului este imposibilă fără aer proaspăt. Dacă aerul nu intră în focar, în aragaz, în conducta samovar, combustibilul nu va mai arde. De obicei folosesc un flux natural de aer - curent. Pentru a crea tracțiune deasupra cuptorului, de exemplu, în fabricile de centrale termice din fabrici, centrale, centrale electrice, este instalată o conductă. Când combustibilul arde, aerul din el se încălzește. Aceasta înseamnă că presiunea aerului din focar și conductă devine mai mică decât presiunea aerului exterior. Datorită diferenței de presiune, aerul rece intră în focar, iar aerul cald se ridică - se formează un tiraj.

Cu cât coșul de fum construit deasupra focarului, cu atât diferența de presiune dintre aerul exterior și aerul din coș este mai mare. Prin urmare, forța crește odată cu creșterea înălțimii țevii.

Încălzirea și răcirea încăperilor de locuit. Locuitorii țărilor situate în zonele temperate și reci ale Pământului sunt obligați să-și încălzească casele. În țările situate în zone tropicale și subtropicale, temperatura aerului chiar în ianuarie atinge + 20 și +30 o C. Dispozitivele care răcesc aerul din camere sunt folosite aici. Atât încălzirea, cât și răcirea aerului interior se bazează pe convecție.

Este recomandabil să plasați dispozitivele de răcire în partea de sus, mai aproape de tavan, astfel încât să aibă loc convecția naturală. La urma urmei, aerul rece are o densitate mai mare decât aerul cald și, prin urmare, va cădea.

Dispozitivele de încălzire sunt situate în partea de jos. Multe case mari moderne sunt echipate cu încălzire cu apă caldă. Circulația apei în ea și încălzirea aerului din cameră are loc datorită convecției.

Dacă instalația de încălzire a clădirii este situată în ea, atunci un bec este instalat în subsol, în care apa este încălzită. Apa fierbinte se ridică de-a lungul unei țevi verticale de la cazan într-un rezervor, care este de obicei plasat în podul unei case. Din rezervor se realizează un sistem de conducte de distribuție, prin care apa trece în calorifere instalate pe toate etajele, le dă căldură și revine la cazan, unde este încălzită din nou. Aceasta este circulația naturală a apei - convecție.

Mișcare oscilatorie + §25, 26, Exercițiul 23.

Fluctuații sunt un tip foarte comun de mișcare. Probabil că ați văzut mișcări oscilatorii cel puțin o dată în viață într-un pendul oscilant al unui ceas sau ramuri de copaci în vânt. Șansele sunt că ați tras cel puțin o dată corzile chitarei și le-ați văzut vibrând. Evident, chiar dacă nu ați văzut cu ochii dvs., vă puteți imagina cel puțin cum se mișcă un ac într-o mașină de cusut sau un piston într-un motor.

În toate aceste cazuri, avem un fel de corp care efectuează periodic mișcări repetitive. Tocmai aceste mișcări sunt numite în fizică oscilații sau mișcări oscilatorii. Oscilațiile apar în viața noastră foarte, foarte des.

Sunet- acestea sunt fluctuații ale densității și presiunii aerului; unde radio- modificări periodice ale forțelor câmpurilor electrice și magnetice; lumina vizibila- de asemenea, oscilații electromagnetice, numai cu lungime de undă și frecvență ușor diferite.
Cutremure- vibrațiile solului, flux și reflux- schimbarea nivelului mărilor și oceanelor cauzată de atracția lunii și atingând 18 metri în unele zone, bătăi de inimă- contracții periodice ale mușchiului cardiac uman etc.
Schimbarea stării de veghe și a somnului, a muncii și a odihnei, iarna și vara ... Chiar și zilele noastre de a merge la muncă și a ne întoarce acasă intră sub definiția fluctuațiilor, care sunt interpretate ca procese care se repetă exact sau aproximativ la intervale regulate.

Oscilațiile sunt mecanice, electromagnetice, chimice, termodinamice și altele.În ciuda unei astfel de varietăți, toate au multe în comun și, prin urmare, sunt descrise de aceleași ecuații.

Principala caracteristică generală a mișcărilor care se repetă periodic este că aceste mișcări se repetă la intervale regulate, numită perioadă de oscilație.

Să rezumăm:vibrații mecanice - acestea sunt mișcări ale corpului care se repetă exact sau aproximativ la intervale regulate.

O ramură specială a fizicii - teoria oscilațiilor - se ocupă cu studiul legilor acestor fenomene. Este necesar să le cunoaștem pentru constructorii de nave și constructorii de aeronave, specialiști în industrie și transporturi, creatorii de inginerie radio și echipamente acustice.

În procesul de producere a vibrațiilor, corpul depune eforturi constante către o poziție de echilibru. Oscilațiile apar din cauza faptului că cineva sau ceva a respins acest corp din poziția sa de echilibru, dând astfel energie corpului, care determină oscilațiile sale ulterioare.

Vibrațiile care apar doar datorită acestei energii originale se numesc vibrații libere. Aceasta înseamnă că nu au nevoie de ajutor constant din exterior pentru a menține mișcarea oscilatorie.

Majoritatea fluctuațiilor din realitatea vieții apar cu amortizare treptată datorită forțelor de frecare, rezistenței aerului și așa mai departe. Prin urmare, astfel de oscilații sunt deseori numite oscilații libere, a căror amortizare treptată poate fi neglijată în timpul perioadei de observare.

În acest caz, toate corpurile conectate și care participă direct la vibrații sunt numite în mod colectiv un sistem oscilator. În general, se spune de obicei că un sistem oscilator este un sistem în care pot exista oscilații.

În special, dacă un corp liber suspendat vibrează pe un fir, atunci corpul însuși, suspensia, va intra în sistemul oscilator, apoi de care sunt atașate suspensia și Pământul cu atracția sa, ceea ce face ca corpul să vibreze, întorcându-l constant la o stare de repaus.

Un astfel de corp este un pendul. În fizică, se disting mai multe tipuri de pendule: fir, arc și altele. Toate sistemele în care un corp oscilant sau suspensia acestuia pot fi reprezentate în mod convențional ca filet sunt sisteme de filet. Dacă această bilă este deplasată departe de poziția de echilibru și eliberată, atunci va începe ezita, adică să efectueze mișcări repetitive, trecând periodic prin poziția de echilibru.

Ei bine, pendulele arcului, după cum ați putea ghici, constau dintr-un corp și un anumit arc care poate vibra sub influența forței elastice a arcului.

Modelul principal pentru observarea oscilațiilor este așa-numitul pendul matematic. Un pendul matematic numit corp de dimensiuni mici (comparativ cu lungimea firului), suspendat pe un fir subțire inextensibil, a cărui masă este neglijabilă în comparație cu masa corp. Mai simplu spus, în raționamentul nostru nu luăm deloc în considerare firul pendulului.

Ce proprietăți ar trebui să aibă corpurile astfel încât să putem spune în siguranță că acestea constituie un sistem oscilator și îl putem descrie teoretic și matematic.

Ei bine, gândiți-vă singur cum se produce mișcarea oscilatorie pentru un pendul cu fir.

Ca o sugestie - o imagine.