Лекция 6. Физика волн. Волновые процессы
Основные характеристики колебательного движения
Колебания
Основные характеристики колебательного движения. Период - время одного полного колебания. За период тело проходит расстояние, равное 4-м амплитудам 2. Линейная частота — число колебаний за 1 секунду. Математический маятник с короткой нитью имеет большую линейную частоту колебаний, чем математический маятник с длинной нитью. Циклическая или круговая частота — число колебаний за 2? Х [м] — смещение точки от положения равновесия в данный момент времени. Фаза — физическая величина, описывающая состояние колебательной системы в данный момент времени. Свободные колебания с вязким сопротивлением. Движение является затухающим и апериодичным. Математический маятник физический маятник. Презентация к уроку по физике. Основное свойство колебательных систем. Колебательная система - опора, тело, пружина, Земля. Колебания в живых организмах. Период колебания Т - время, за которое совершается одно полное колебание. Грузик, подвешенный на пружине, вывели из положения равновесия и отпустили. Гармонические колебания изменение физической величины в зависимости от времени, происходящие по закону. Показывает время одного полного колебания. Качает и смеется Вперед, назад, Вперед, назад. Показывает число колебаний, совершенных телом за одну секунду. Колебания масс происходят перпендикулярно направлению распространения волны. Периодический процесс можно описать уравнением: Сравнивая 1 и 2 видим, что. Иными словами колебательное движение является периодическим. Тогда ускорение опережает смещение на? Механические колебания краткое содержание других презентаций о механических колебаниях. Механические колебания 11 класс. Колебательное движение 9 класс. Колебательное движение по физике. Физический и математический маятник. Тема Механические колебания 10 презентаций Механические колебания. Основные характеристики колебательного движения Презентация: Урок механические колебания Файл: Урок Механические колебания Скачать презентацию.
Кинематика и динамика волновых процессов. Плоская стационарная и синусоидальная волна. Интерференция и дифракция волн. Бегущие и стоячие волны. Фазовая скорость, длина волны, волновое число, волновой вектор. Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах. Энергетические характеристики упругих волн. Волны — изменения состояния среды возмущения , распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию. Процесс распространения колебаний в пространстве. Распространение колебаний в пространстве происходит благодаря взаимодействию между частицами упругой среды. Волна в отличие от колебаний характеризуется не только периодичностью во времени, но и периодичностью в пространстве. Частицы среды при этом не переносятся волной, они лишь совершают колебания около своих положений равновесия. Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества в пространстве. Среди разнообразия волн, встречающихся в природе и технике, выделяют упругие, на поверхности жидкости и электромагнитные. Упругими или механическими волнами называются механические возмущения, возникающие и распространяющиеся в упругой среде. К упругим волнам относятся звуковые и сейсмические волны; к электромагнитным — радиоволны, свет и рентгеновские лучи. В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения волны различают продольные и поперечные волны. Продольные — это волны, направление распространения которых совпадает с направлением смещения колебания частиц среды. Поперечные — это волны, направление распространения которых и направление смещения колебания частиц среды взаимно перпендикулярны. В твердых телах ограниченного размера например, в стержнях и пластинах картина распространения волны более сложна: В электромагнитных волнах направления электрического и магнитного полей почти всегда перпендикулярны направлению распространения волны, за исключением случаев анизотропных сред и распространения в несвободном пространстве поэтому электромагнитные волны в свободном пространстве поперечны. Волны могут иметь различную форму. Одиночной волной, или импульсом, называется сравнительно короткое возмущение, не имеющее регулярного характера. Ограниченный ряд повторяющихся возмущений называется цугом волн. Гармоническая волна — бесконечная синусоидальная волна, в которой все изменения среды происходят по закону синуса или косинуса. Такие возмущения могут распространяться в однородной среде если их амплитуда невелика без искажения формы. Геометрическое место точек, до которых доходят волны за некоторый промежуток времени t, называется фронтом волны или волновым фронтом. Фронт волны представляет собой ту поверхность, которая отделяет часть пространства, уже вовлеченного в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли. Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью. Волновую поверхность можно провести через любую точку пространства, охваченного волновым процессом. Волновых поверхностей существует бесконечное множество, в то время, как волновой фронт в каждый момент времени только один. Волновые поверхности остаются неподвижными они проходят через положения равновесия частиц, колеблющихся в одинаковой фазе. Волновой фронт все время перемещается. Волновые поверхности могут иметь различную геометрию. В простейших случаях они имеют форму плоскости или сферы. Соответственно волна в этих случаях называется плоской или сферической. В плоской волне волновые поверхности представляют собой систему параллельных друг другу плоскостей, а в сферической волне - систему концентрических сферических поверхностей. Расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной волны l. Длина волны равна расстоянию, на которое распространяется волна за один период:. Направление волны определяется с помощью волнового вектора k. Направление волнового вектора совпадает с направлением вектора скорости:. Уравнение плоской волны - выражение, которое определяет смещение колеблющейся точки как функцию ее координат и времени, то есть Эта функция должна быть периодической как относительно t, так и относительно x, у, z. Найдем вид функции в случае плоской волны, распространяющейся в направлении оси X рис. Пусть плоская стенка совершает гармоническое колебание, согласно выражению. В точке пространства, расположенной на расстоянии x от места возникновения волны, частицы будут совершать те же колебания, что и в точке возникновения волны. Волновые поверхности в этом случае будут перпендикулярны к оси X. Для прохождения расстояния от места возникновения до рассматриваемой точки волне требуется время. Фронт волны придет в рассматриваемую точку пространства спустя время. Бегущими волнами называются волны, которые переносят в пространстве энергию. Количественно перенос энергии волнами характеризуется вектором плотности потока энергии. Направление вектора потока плотности энергии вектора Умова совпадает с направлением переноса энергии. Можно показать, что численное значение вектора потока плотности энергии определяется соотношением. G — модуль сдвига он равен такому тангенциальному напряжению, при котором угол сдвига оказался бы равен 45 о , если бы при столь больших деформациях не был превзойден предел упругости. Так как распространяющиеся в пространстве волны представляют собой волновой пакет в силу принципа суперпозиции , то кроме фазовой скорости, для волнового пакета вводят в рассмотрение понятие групповой скорости. Волновой пакет — совокупность волн, частоты которых мало отличаются друг от друга. Групповой скоростью называют скорость перемещения в пространстве амплитуды волны. С ней происходит перенос энергии волны. Групповая скорость определяется следующим соотношением:. Оказывается, что уравнение любой волны является решением некоторого дифференциального уравнения второго порядка, называемого волновым. Чтобы установить вид волнового уравнения, сопоставим вторые частные производные по координатам и времени от уравнения волны: Если при анализе какого-либо процесса, получают уравнение вида 6. При одновременном распространении в среде нескольких волн частицы среды совершают колебание, являющееся результатом геометрического сложения колебаний, которые совершали бы частицы при распространении каждой из волн в отдельности. Следовательно, волны накладываются одна на другую, не изменяя друг друга. Это явление называют принципом суперпозиции волн. В случае, когда колебания, обусловленные отдельными волнами в каждой из точек среды, обладают разностью фаз и имеют одинаковую частоту, волны называются когерентными. Когерентные волны излучаются когерентными источниками. Когерентными источниками называют точечные источники, размерами которых можно пренебречь, излучающие в пространство волны с постоянной разностью фаз. При сложении когерентных волн возникает явление интерференции. Интерференция — это явление наложения когерентных волн, в результате которого происходит перераспределение энергии волны в пространстве. Возникает интерференционная картина, заключающаяся в том, что колебания в одних точках усиливают, а в других - ослабляют друг друга. Наиболее часто интерференция возникает при наложении двух встречных плоских волн с одинаковой амплитудой. Возникающая в результате такой интерференции волна называется стоячей. Практически стоячие волны возникают при отражении волн от преград. Падающая на преграду волна и встречная - отраженная, складываясь, образуют стоячую волну. Точки, в которых амплитуда смещения удваивается, называются пучностями стоячей волны;. Расстояние между соседними узлам — длина стоячей волны l 0. В соседних полуволнах колебания частиц имеют противоположную фазу, или, как говорят, сдвиг по фазе составляет p. В отличие от бегущей волны в пределах одной полуволны колебания всех точек происходят в одной и той же фазе, но с различной амплитудой. Очень часто стоячие волны используют для определения скорости распространения волн. Это достигается с помощью так называемого интерферометра. В звуковом интерферометре источником звука источником волны является мембрана или пьезоэлектрическая пластинка - 1 рис. Имеется отражатель рефлектор - 2. Перемещая рефлектор, получают систему стоячих звуковых волн. Если при перемещении рефлектора на расстояние L возникло n узлов, то скорость распространения звука будет равна. То есть для определения скорости распространения волны звуковой волны необходимо измерить длину стоячей волны l 0 и частоту звуковых колебаний. Работа силы и её выражение через криволинейный интеграл. Энергия как универсальная мера различных форм движений и взаимодействий. Кинетическая энергия системы и её связь с работой внешних и внутренних сил, приложенных к системе. Энергия системы, совершающей вращательное движение. Энергия системы, совершающей колебательное движение. Потенциальная энергия и энергия взаимодействия. Потенциальная энергия тела, находящегося в поле тяготения другого тела. Потенциальная энергия и устойчивость системы. Работа - это изменение формы движения, рассматриваемое с его количественной стороны. В общем смысле работа - это процесс превращения одних форм движения материи в другие и одновременно количественная характеристика этого процесса. Механическая работа - процесс, в котором под действием сил изменяется энергия системы, и одновременно количественная мера этого изменения. При совершении работы всегда имеются сила, действующая на материальную точку систему, тело , и вызванное данной силой перемещение. При отсутствии хотя бы одного из этих факторов работа не совершается. Элементарная работа некоторой силы F , действующей на материальную точку тело, систему , вызывающей элементарное перемещение d r , равна произведению силы на перемещение:. В том случае, когда величина тангенциальной составляющей силы остаётся всё время неизменной, то работа определяется соотношением. В частности, это условие выполняется, если тело движется прямолинейно, и постоянная по величине сила образует с направлением движения постоянный угол. Надо отметить, что понятие работы в механике существенно отличается от обыденного представления о работе. Например, для того, чтобы держать тяжелый груз, стоя неподвижно, а тем более для того, чтобы перенести этот груз по горизонтальному пути, носильщик затрачивает определенные усилия, то есть "совершает работу". Однако работа как механическая величина в этих случаях равна нулю. Вектор силы на плоскости всегда можно разложить на две составляющие - нормальную и тангенциальную. Ясно, что только тангенциальная составляющая силы способна совершить работу. В случае, когда величина проекции силы на направление перемещения не остается постоянной во времени, для вычисления работы следует разбить путь S на элементарные участки , взяв их столь малыми, что за время прохождения телом такого участка можно было бы считать силу постоянной. Тогда на каждом элементарном участке пути DS 1 работа силы равна. В общем случае, когда материальная точка тело, система , двигаясь по криволинейной траектории, проходит путь конечной длины, можно мысленно разбить этот путь на бесконечно малые элементы, на каждом из которых сила F может считаться постоянной, а элементарная работа может быть вычислена по формуле 7. Сложив все эти элементарные работы и перейти к пределу, устремив к нулю длины всех элементарных перемещений, а их число — к бесконечности, получим. Работу, определяемую формулой 7. Из рисунка видно, что элементарная работа численно равна площади заштрихованной полоски, а работа на пути от точки 1 до точки 2 численно равна площади фигуры, ограниченной кривой F t S , вертикальными прямыми 1 и 2 и осью OS. Найдем работу, совершаемую при растяжении пружины, подчиняющемуся закону Гука. Сила, растягивающая пружину, равна по величине и противоположна по направлению упругой силе, то есть где — удлинение пружины. При сжатии пружины на величину совершается такая же по величине и знаку работа, как и при растяжении. Экспериментально установлено, что работа сил тяжести, упругих сил, электрических сил не зависит от формы траектории, а определяется начальным и конечным положениями материальной точки системы, тела. Работа этих сил по замкнутой траектории равна нулю:. Силы, для которых выполняется данное условие, называются консервативными или потенциальными. Работа консервативных сил на любом замкнутом пути равна нулю. Поэтому потенциальное поле сил можно определить как поле таких сил, работа которых на любом замкнутом пути равна нулю. Поскольку работа в потенциальном поле сил на замкнутом пути равна нулю, то на одних участках замкнутого пути силы совершают положительную работу, а на других — отрицательную. Последнее изменение этой страницы: Все права принадлежать их авторам. Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления. Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Следующая.
Сирия новости сегодня анна
Уиттекер э история теории эфира и электричества
Краткая история нового иерусалима
Двойной стрелочный перевод
Каталог дэу нексия