Drgania i fale sprężyste. 1/24

Transkrypt

1 Drgania i fale sprężyste. 1/24

2 Ruch drgający Każdy z tych ruchów: - Zachodzi tam i z powrotem po tym samym torze. - Powtarza się w równych odstępach czasu. 2/24

3 Ruch drgający W rzeczywistości: - Jest coraz słabszy i po pewnym czasie ustaje. Są to tzw. drgania gasnące (tłumione). Działając siłą zewnętrzną uzupełniamy energię drgającego ciała. Są to tzw. drgania wymuszone. 3/24

4 Ruch drgający Gdy nie uzupełniamy energii ciała drgającego, to jego drgania są gasnące (tłumione). Gdy uzupełniamy tą energię działając siła zewnętrzną to drgania są wymuszone. 4/24

5 Pojęcia dotyczące ruchu harmonicznego - Położenie równowagi - Wychylenie ciała z położenia równowagi x [m] 5/24

6 Pojęcia dotyczące ruchu harmonicznego cd. - Amplituda A [m] największe wychylenie ciała z położenia równowagi - Okres drgań T [s] czas, w którym ciało wykonuje jedno pełne drganie - Częstotliwość drgań f [Hz] liczba drgań w czasie 1 sekundy Hz - herc f 1 T Hz 1 s 6/24

7 Ciało drgające zbliża się do położenia równowagi ruchem przyspieszonym, a oddala się od niego ruchem opóźnionym. 7/24

8 Wahadło 8/24

9 Wahadło Wahadłem nazywamy mały ciężarek zawieszony na nici. Czas drgań t jest wprost proporcjonalny do liczby drgań n. t ~ n Okres drgań wahadła wyznaczamy mierząc czas t określonej liczby n pełnych drgań i dzieląc go przez tę liczbę. T t n T okres drgań t czas n drgań n liczba drgań 9/24

10 Okres drgań wahadła Izochronizm wahadła polega na tym, że przy małych wychyleniach okres drgań wahadła nie zależy od amplitudy. Okres drgań wahadła T zależy od jego długości l. Im większa długość wahadła, tym dłuższy okres wahań. Okres drgań wahadła nie zależy od masy ciężarka. 10/24

11 Fala sprężysta Zaburzenie rozchodzące się w ośrodku nazywamy falą. Fala rozchodząca się w ośrodku sprężystym to fala sprężysta. Zaburzenie jest wtedy odkształceniem niewielkiego obszaru ośrodka lub zagęszczeniem cząsteczek. 11/24

12 Fala sprężysta W zależności od kierunku drgań cząsteczek w porównaniu z kierunkiem rozchodzenia się fali, rozróżniamy: Fale poprzeczne kierunek drgań cząsteczek jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali (np. gumowy wąż, fale na wodzie) Fale podłużne kierunek drgań cząsteczek jest zgodny z kierunkiem rozchodzenia się fali (np. sprężyna, fale dźwiękowe) 12/24

13 Fala sprężysta Falę charakteryzują: długość fali [m] droga jaką przebywa fala w czasie jednego okresu drgań cząsteczek v T v f T okres drgań (fali) f częstotliwość v szybkość rozchodzenia się fali 13/24

14 Fala sprężysta częstotliwość f [Hz] liczba drgań wykonanych w czasie 1 sekundy szybkość fali v [m/s] zależy od rodzaju ośrodka amplituda fali A [m] równa amplitudzie drgań cząsteczek ośrodka Drgające cząstki ośrodka, pobudzając do drgań następne, przekazują im energię. Fala może więc wykonać pracę. 14/24

15 DOŚWIADCZENIE (obowiązkowe) Cel: WYTWORZENIE FALI DŹWIĘKOWEJ. Konieczne przyrządy: Czynności i pomiary: - stalowa lub plastikowa linijka o długości co najmniej 30 cm - stół - Prostopadle do krawędzi stołu kładziemy na niej linijkę tak, aby znaczna część wystawała poza stół. - Palcami przyciskamy do stołu koniec linijki znajdujący się przy krawędzi stołu, a część linijki wystającą poza stół wprawiamy w drgania. - Powtarzamy kilkakrotnie doświadczenie zmniejszając długość drgającej części linijki. Wynik: Gdy odpowiednio zmniejszymy długość drgającej części linijki, to usłyszymy dźwięk. Jego wysokość wzrasta w miarę skracania drgającej części linijki. 15/24

16 Kiedy słyszymy? Fale akustyczne (dźwiękowe) to fale o częstotliwościach zawartych w granicach od 20 Hz do Hz. 16/24

17 Fale akustyczne Fale akustyczne mogą rozchodzić się w każdym ośrodku (gazach, cieczach, ciałach stałych. W próżni dźwięk nie może się rozchodzić. W gazach i cieczach fale akustyczne są falami podłużnymi. W ciałach stałych mogą być zarówno podłużne jak i poprzeczne. 17/24

18 Fale akustyczne 5. W każdym ośrodku fala głosowa ma inną szybkość. Im gęściejszy ośrodek tym większa szybkość rozchodzenia się fali dźwiękowej. Szybkość dźwięku w powietrzu wynosi około 340 m/s. 18/24

19 Rodzaje dźwięków Fale akustyczne dzielimy na: - ton (np. kamerton) - szmer drgania nieregularne, brak stałej częstotliwości (np. szept, szum drzew, chrobot myszy, hałas w hali maszyn, itp.) - dźwięk drgania okresowe ze stałą częstotliwością (np. instrumenty muzyczne, struny głosowe) 19/24

20 Rodzaje dźwięków 20/24

21 Cechy dźwięków Cechy fizyczne dźwięków (jako fal) i odpowiadające im cechy rozpoznawalne przez ucho człowieka. 21/24

22 Wysokość dźwięku Dźwięki o dużej częstotliwości odbieramy jako wysokie, o małej jako niskie. 22/24

23 Głośność Głośność zależy od odległości od źródła dźwięku. Dźwięki niskie słyszymy przy większych odległościach. Ucho ludzkie nie jest jednakowo czułe na dźwięki o różnych częstotliwościach. Głośność jest związana z amplituda drgań. Poziom natężenia fali wyrażamy w decybelach [db]. 23/24

24 Barwa Im bardziej skomplikowane są drgania, tym barwa dźwięku jest przyjemniejsza dla ucha. 24/24