Колебательное движение. Свободные колебания.

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Лицей № 7» г. Бердск

Колебательное движение. Свободные колебания

9 класс

Учитель физики И.В.Торопчина

Лицей №7

г. Бердск

Колебательное движение

В движении этих тел можно найти много

различий: качели движутся криволинейно, а игла

швейной машины прямолинейно; маятник часов

колеблется с большим размахом, чем крылья

стрекозы. За одно и то же время одни тела могут

совершать большее число колебаний, чем другие.

Примеры тел, совершающих колебательные движения

Сходство движений: через определённый промежуток времени движение любого тела повторяется.

Колебательное движение периодично

Промежуток времени, через который движение повторяется, называется периодом колебаний

За промежуток времени, равный периоду колебаний, любое тело дважды проходит через положение равновесия (двигаясь в противоположных направлениях).

Механические колебания

• Повторяющиеся через равные промежутки времени движения, при которых тело многократно и в разных направлениях проходит положение равновесия, называются механическими колебаниями .

Динамика свободных колебаний горизонтального пружинного маятника

• Под действием силы, возвращающей тело в положение равновесия, тело может совершать колебания само по себе.
• Первоначально эта сила возникла благодаря тому, что совершается работа по растяжению пружины, передается некоторый запас энергии. За счёт этой энергии и происходили колебания.

• Колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии, называются свободными колебаниями

Свободные колебания

Чтобы заставить качели совершать колебательные движения, нужно сначала вывести их из положения равновесия, оттолкнувшись ногами, либо сделать это руками.

Колебательные системы

• Системы тел, которые способны совершать свободные колебания, называются колебательными системами .

• Одно из основных общих свойств всех колебательных систем заключается в возникновении в них силы, возвращающей систему в положение устойчивого равновесия.
• Маятником называется твёрдое тело, совершающее под действием приложенных сил колебания около неподвижной точки или вокруг оси.

Типы маятников

Нитяной маятник

Пружинный маятник

Шарик на нити совершает

свободные колебания под действием

двух сил: силы тяжести и силы

упругости нити.

Их равнодействующая направлена к

положению равновесия.

Первоначально выведенный из равновесия внешними силами груз будет колебаться только за счет внутренних сил системы «груз-пружина» — силы тяжести и силы упругости.

Нитяной маятник

• Шарик, подвешенный на нити и совершающий колебательные движения под действием силы тяжести и силы упругости нити, называется нитяным маятником

Пружинный маятник

• Груз, подвешенный на пружине и совершающий колебательные движения по вертикали под действием сил упругости, называется пружинным маятником

Условия возникновения свободных колебаний

• Система должна находиться в положении устойчивого равновесия: при отклонении системы от положения равновесия должна возникать сила, стремящаяся вернуть систему в положение равновесия.
• Наличие у системы избыточной механической энергии по сравнению с ее энергией в положении равновесия.

• Силы трения в системе должны быть достаточно малы.

Величины, характеризующие колебательное движение

Качели с мальчиком колеблются

с большим размахом, т. е. их

крайние положения находятся

дальше от положения равновесия,

чем у пустых качелей.

Наибольшее (по модулю) отклонение колеблющегося тела от положения равновесия называется амплитудой колебаний.

Амплитуда колебаний обозначается буквой А и в СИ измеряется в метрах (м).

Амплитуда колебаний

• Амплитуду можно измерять также в единицах плоского угла, например в градусах, поскольку дуге окружности соответствует определённый центральный угол, т. е. угол с вершиной в центре окружности.

Колеблющееся тело совершает одно полное колебание, если от начала колебаний проходит путь, равный четырём амплитудам.

Колебания маятников, происходящие с разной амплитудой

• Первый маятник колеблется с большим размахом, т. е. его крайние положения находятся дальше от положения равновесия, чем у второго маятника.

Амплитуда колебаний

• При колебаниях с малой амплитудой длина дуги АВ равна отрезку АВ

Период и частота колебаний

• Промежуток времени, в течение которого тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний .

Период колебаний обозначается буквой Т и в СИ измеряется в секундах (с).

• Число колебаний в единицу времени называется частотой колебаний.

Обозначается частота греческой буквой v.

За единицу частоты принято одно колебание в секунду.

Эта единица в честь немецкого учёного Генриха

Герца названа герцем (Гц).

• Период колебания Т и частота колебаний  ν связаны следующей зависимостью:

T =1/ ν

Собственная частота колебательной системы.

• Свободные колебания в отсутствие трения и сопротивления воздуха называются собственными колебаниями , а их частота — собственной частотой колебательной системы .
• Любая колебательная система имеет определённую собственную частоту, зависящую от параметров этой системы. Например, собственная частота пружинного маятника зависит от массы груза и жёсткости пружины.

Фаза колебаний

• В любой момент времени скорости маятников направлены в противоположные стороны.
• Колебания маятников происходят в противоположных фазах.

Колебания маятников, происходящие в противоположных фазах

Фаза колебаний

Колебания маятников, происходящие с некоторой разностью фаз

Фаза колебаний

• Колебания красных и зеленых качелей отличаются друг от друга: в любой момент времени скорости качелей направлены в противоположные стороны. Колебания качелей происходят в противоположных фазах.

• Красные пустые качели и качели с мальчиком колеблются с одинаковыми частотами. Скорости этих качелей в любой момент времени направлены одинаково. Качели колеблются в одинаковых фазах.

Проверь себя

1. Основным признаком колебательного движения является

а)постоянство скорости

б)периодичность

в)постоянство ускорения

2.Колебательными системами называются системы

тел, которые способны совершать

а)любые колебания

б)свободные колебания

в)вынужденные колебания

Проверь себя

3. Свободными колебаниями называются

а)любые колебания

б)колебания только нитяного маятника

в)колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии.

4.Внешняя периодическая изменяющаяся сила, вызывающая колебания, называется

а)силой упругости

б)вынуждающей силой

в)разгоняющей силой

Проверь себя

5.Амплитудой колебаний называется

а)отклонение (по модулю) колеблющегося тела от положения равновесия

б)наибольшее (по модулю) отклонение колеблющегося тела от положения равновесия

в)наименьшее (по модулю) отклонение колеблющегося тела от положения равновесия.

6.Число колебаний в единицу времени называется

а)периодом колебаний

б)силой колебаний

в)частотой колебаний

Проверь себя

7.На рисунке изображены пары колеблющихся маятников. В каких случаях два маятника колеблются: в одинаковых фазах по отношению друг к другу; в противоположных фазах?

Домашнее задание

§23 Упр. 23

§ 24 Упр. 24 (1-3)

Спасибо за внимание!