Колебательная система под действием внешних сил - Механические колебания - Колебания и волны

Цель; дать характеристику свободных колебаний.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания, вопросы для повторения

- Приведите примеры вынужденных колебаний.

- Какие колебания называются вынужденными?

- Что такое период?

- Что такое амплитуда?

- От чего зависит период пружинного маятника?

- Как зависит полная механическая энергия от амплитуды?

III. Изучение нового материала

1. Демонстрация. Математический маятник. Пружинный маятник.

- Что мы видим с течением времени? (Уменьшение амплитуды. Колебания становятся затухающими. Затухающие колебания - колебания, амплитуда которых уменьшается с течением времени.)

- Почему уменьшается амплитуда? (Механическое движение сопровождается трением. Амплитуда направлена в противоположную сторону перемещения маятника, совершает отрицательную работу. При увеличении трения сопротивление движению оказывается столь значительным, что выведенный из положения маятник, теряя энергию, может не пройти положение равновесия. Подобное движение называется апериодичным (применяется в специальном устройстве для гашения колебаний кузова автомобиля - амортизаторе).)

Пусть на пружинный маятник действует сила постоянная, направленная вдоль оси X. При растяжении пружины сила упругости компенсирует эту силу:

Статическое смещение - изменение положения равновесия колебательной системы под действием постоянной силы:

Измеряя статическое смещение пружины с известной жесткостью, можно определить массу тела, подвешенного на пружине.

2. Проведение лабораторной работы.

Лабораторная работа по теме «Изучение свободных колебаний»

Цель: исследование влияния силы трения и амплитуды на период свободных колебаний.

Оборудование: прочная нить, небольшой грузик, часы.

Ход работы

Подвесьте груз на двух нитях длиной около метра. Отклоните нить от вертикали на угол приблизительно 20-30°.

Определите число колебаний и время, за которое амплитуда уменьшится в некоторое число раз, например, в 2 раза.

Повторите эксперимент, отклонив первоначально маятник на расстояние Х_mах, и снова определите число колебаний и время уменьшения амплитуды в 2 раза, то есть до величины

Результаты измерений запишите в таблицу.

Удалось ли вам обнаружить зависимость времени одного колебания от амплитуды?

Укрепите на двух нитях с помощью скрепок лист бумаги площадью 1-2 дм². Проделайте аналогичную серию опытов.

Удалось ли вам обнаружить во второй серии опытов зависимость времени одного колебания от амплитуды?

Удалось ли вам обнаружить влияние сопротивления на время одного колебания?

Опыты, аналогичные тем, которые вы провели, и теоретический анализ свободных колебаний показывают следующее:

а) Время одного колебания при достаточно малых амплитудах не зависит от амплитуды.

Это время называется условным периодом. (Слово «условный» используется для того, чтобы подчеркнуть, что через время Т тело не возвращается в прежнее состояние.)

б) Степень затухания характеризуется величиной τ («тау»), которая называется временем релаксации.

Время релаксации τ - время, за которое амплитуда колебаний убывает в е = 2,7 раз.

в) Время релаксации позволяет определить коэффициент сопротивления р в формуле для силы сопротивления.

Именно где m - масса колеблющегося тела.

IV. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 22, 23, 24.