Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Механические волны. Звук

Механические колебания и волны

Механические волны

План урока

  • Понятие механической волны. Длина волны. Поперечные и продольные волны

Цели урока

  • Знать: понятие бегущей волны; понятия скорости и длины волны; отличия между поперечными и продольными волнами
  • Уметь: объяснять механизм распространения бегущей волны в среде; рассчитывать длину волны; приводить примеры продольных и поперечных волн

Разминка

  • Какие превращения энергии происходят в колебательных процессах?
  • Как колеблющееся тело взаимодействует с окружающей средой?
  • Что такое бегущая волна?

Понятие механической волны. Длина волны. Поперечные и продольные волны

 

Известно, что колебательная система обладает энергией, следовательно, такая система может совершать работу. Так, взаимодействуя с окружающей средой, колебательная система передает часть своей механической энергии среде – газу, жидкости или твердому телу, при этом характер движения среды, получившей энергию, изменяется.
 

При взаимодействии колебательной системы и среды последняя может упруго деформироваться. Например, колебания маятника, находящегося в воде, приводят к колебаниям контактирующих с ним участков жидкой среды. Колебания этих участков будут последовательно передаваться соседним участкам, от них – к более отдаленным и т. д. Таким образом, в среде будет распространяться упругая деформация.

Рис. 1. Распространение колебаний в твердой среде Рис. 1. Распространение колебаний в твердой среде

Рассмотрим, как распространяются колебания в твердой среде. Прикрепим один конец резинового шнура к стене, а второй оставим свободным. Приведем в движение свободный конец шнура, вынудив его совершать гармонические колебания в поперечном направлении (рис. 1). Пусть период колебаний равен Т.

Разобьем шнур на множество маленьких равных частей, пронумеруем их и проанализируем, как изменяется положение каждой части шнура с течением времени (рис. 2).

Рис. 2. Механизм передачи возмущения между частицами твердой среды Рис. 2. Механизм передачи возмущения между частицами твердой среды

Под действием приложенный силы часть 1 сместится относительно положения равновесия на некоторую величину. Далее движение части 1 заставит сместится часть 2, при этом часть 2 изменит свое положение через некоторый промежуток времени. Часть 2 потянет за собой часть 3, та, в свою очередь, тоже сместится через некоторый промежуток времени после смещения части 2.

Через четверть периода t=T4 часть 1 окажется в крайнем, амплитудном положении ее скорость будет равна нулю, а часть 4 – в положении равновесия. После этого часть 1 будет двигаться к положению равновесия, а часть 4 – смещаться в сторону амплитудного положения, приводя в движение часть 5 и т. д.

 

Таким образом, периодическое изменение положения в пространстве части 1 будет приводить к возникновению изменяющихся со временем сил упругости, ускорений, скоростей и смещений остальных частей шнура – к выводу системы из состояния равновесия. Вывод какой-либо части системы из состояния равновесия называется возмущением.
 

Возмущение части 1 отдаляется от первоначального места, где начала колебание часть 1, и распространяется вдоль шнура.


Распространяющиеся в упругой среде возмущения называются бегущими волнами .
 

Скорость распространения этих возмущения называется скоростью волны .


Посредством возмущений каждая часть шнура сообщает каждой следующей части механическую энергию, следовательно, в бегущей волне происходит перенос энергии в направлении распространения волны. Само вещество при этом не переносится: части среды колеблются около своих положений равновесия, но не перемещаются вместе с энергией.


В бегущей волне перенос энергии происходит без переноса вещества.


Вернемся к рисунку 2. В момент времени t=T часть 1 уже совершила одно полное колебание, а часть 13 только начнет колебательное движение. Данные части в рассматриваемый момент времени имеют одинаковые характеристики: смещение, скорость, ускорение. То есть за время t=T возмущение от части 1 передалось на расстояние, равное расстоянию между частями 1 и 13 – это расстояние называется длиной волны.


Длина волны – это расстояние, на которое распространяется возмущение за время, равное периоду колебаний.


Длина волны обозначается греческой буквой «лямбда» – λ и в СИ измеряется в метрах (м).
 

Можно заметить, что в момент времени t=5T4 одинаково движутся пары частей 1 и 13, 2 и 14, 3 и 15 и т. д. Расстояние между любыми парами этих точек будет одинаково и равно длине волны.
 

Длина волны – это расстояние, так как скорость распространения возмущения в среде постоянна, то за время, равное периоду колебаний, возмущение распространяется на расстояние, равное:

 

λ=v·T,

 

где λ [м] – длина волны;
v [м/с] – скорость распространения волны;
T [с] – период колебаний.


Длина волны равна произведению скорости распространения бегущей волны на период колебаний: λ=v·T.


В рассмотренном примере частицы среды (шнура) колебались в направлениях, перпендикулярных направлению распространения бегущей волны. Такие волны называются поперечными. Такие волны могут распространяться только в твердых средах.


Поперечные волны – это волны, в которых колебания частиц среды происходят перпендикулярно направлению распространения самой волны.


В случае, если частицы среды колеблются около своих положений равновесия вдоль направления распространения волны (рис. 3), такие волны называются продольными.

Рис. 3. Продольная волна Рис. 3. Продольная волна

Если левый конец пружины вынудить совершать гармонические колебания, ближайшие витки придут в движение, периодически сжимаясь и разжимаясь, образуя сгущения и разрежения. Эти возмущения будут передаваться соседними виткам, от них – к более дальним виткам и т. д.


Продольные волны – это волны, в которых колебания частиц среды происходят вдоль направления распространения самой волны.


Длина продольной волны равна расстоянию между точками среды, обладающими одинаковыми характеристиками: смещением, скоростью, ускорением. Следовательно, длина продольной волны рассчитывается по той же формуле, что и длина поперечной волны.
 

Продольные волны могут распространяться в любых средах: газах, жидкостях и твердых телах. В жидкостях и газах существование продольных волн обусловлено передачей давления от сжатого слоя к соседним слоям.
 

Примерами продольной волны является возмущение пружины, распространение звука, сейсмические волны в толще Земли и др.


В жидкостях и газах упругие волны могут быть только продольными.
 

В твердых телах могут распространяться и продольные, и поперечные волны.


Скорость распространения бегущей волны зависит от упругих свойств среды и ее плотности. Чем больше плотность среды, тем медленнее передаются возмущения от одной части среды к другой. С другой стороны, чем более упругой является среда, тем больше скорость распространения бегущей волны.

 

Итоги:

 

  • Распространяющиеся в упругой среде возмущения называются бегущими волнами . Скорость распространения этих возмущения называется скоростью волны;
  • Длина волны – это расстояние, на которое распространяется возмущение за время, равное периоду колебаний λ=v·T;
  • Поперечные волны – это волны, в которых колебания частиц среды происходят перпендикулярно направлению распространения самой волны;
  • Продольные волны – это волны, в которых колебания частиц среды происходят вдоль направления распространения самой волны;


Контрольные вопросы

 

1. Дайте определение бегущей волны.
2. Что такое длина волны?
3. Назовите два вида упругих волн, в чем их отличия?


Предыдущий урок
Механические колебания
Механические колебания и волны
Следующий урок
Построение изображений, создаваемых тонкими собирающими линзами. Построение изображений, создаваемых тонкими рассеивающими линзами
Геометрическая оптика
  • Формирование территории Дальнего Востока. Природные условия и ресурсы. Моря Тихого океана

    География

  • Дробные рациональные уравнения

    Алгебра

  • Сложное предложение с различными видами связи. Постановка знаков препинания на стыке союзов

    Русский язык

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке