Коливальний рух. Амплітуда, період і частота коливань. Маятники. Математичний маятник.
Мета уроку
Сформувати поняття коливального руху, амплітуди, періоду та частоти, математичного маятнику. Визначити види маятників.
Задачі уроку
1. Вивчити поняття «Коливальний рух».
2. Вивчити поняття «Амплітуда коливань».
3. Вивчити поняття «Період коливань».
4. Вивчити поняття «Частота коливань»
5. Визначити види маятників та їх характеристики.
6. Вивчити поняття «Математичний маятник».
Основні терміни
Коливальний рух – це рух, що повторюється через однакові проміжки часу, проходячи через положення рівноваги.
Амплітуда – це максимальна відстань, на яку віддаляється тіло, що коливається від свого положення рівноваги.
Період коливань – це час, за який здійснюється одне коливання.
Частота коливань – це число коливань, які здійснюються за 1с.
План уроку
1. Коливальний рух. Амплітуда, період і частота коливань.
2. Маятники. Математичний маятник.
3. Домашнє завдання.
Хід уроку
Коливальний рух. Амплітуда, період і частота коливань.
Чи часто ми стикаємося з коливальними рухами? Дуже часто. Коливаються мости, коли по ним походять потяги, частини працюючих механізмів, голосові зв’язки, коли ми розмовляємо, високовольтні дроти під дією вітру, струни на музикальних інструментах. Тобто, якщо тіло здійснює рухи, що повторюються через однакові проміжки часу і проходить через положення рівноваги, то воно коливається або здійснює коливальні рухи. Іноді коливання корисні, і тоді їх використовують для практичних цілей, іноді – шкідливі, і тоді намагаються їх зменшити або усунути. Декілька прикладів коливальних рухів нам проілюструє
Відео №1 «Вітер» та Відео №2 «Іграшка».
Відео №1
Відео №2
Коливання можуть бути механічними, електромагнітними, термодинамічними, хімічними та ін.
Зараз ми будемо розглядати тільки механічні коливання.
Коливальні рухи характеризуються амплітудою, періодом та частотою коливань.
Амплітудою називають максимальне зміщення тіла відносно положення рівноваги. Вимірюється амплітуда в одиницях довжини – метрах, сантиметрах і т.д.
Періодом коливання називають проміжок часу, за який тіло здійснює повне коливання. Вимірюється період коливання в одиницях часу – хвилинах, секундах і т.п.
Частотою коливань називають кількість коливань в одиницю часу (секунду). Одиниця частоті названа герцем (Гц) на честь німецького фізика. Якщо частота коливань дорівнює 1 Гц, то це означає, що за кожну секунду тіло робить одне коливання. Частота – це величина протилежна періоду.
В процесі коливань положення тіла постійно змінюється. Графік залежності координати тіла, що коливається, від часу, називається графіком коливань. По горизонтальній вісі на цьому графіку відкладається час t, а по вертикальній координату х. Цей графік показує, на якій відстані знаходиться тіло, що коливається, від положення рівноваги в даний момент часу. При переході тіла через положення рівноваги, знак координати змінюється на протилежний.
Розглянемо коливальний рух на прикладі двох найпростіших маятників – нитяного та пружинного.
Нитяний маятник – це кулька, що прикріплена до тонкої, легкої ниті. Якщо цю кульку змістити в бік від положення рівноваги та відпустити, то вона почне коливатися, тобто здійснювати рухи, що повторюються, періодично проходячи через положення рівноваги.
Мал. 5 Нитяний маятник
Як діє нитяний маятник нам добре проілюструє
Відео №3 «Маятник»
Проведемо невеликий опит. Будемо поступово збільшувати довжину нитки маятника. Що буде відбуватися з періодом та частотою коливань? Збільшується період коливань, тобто треба більше часу, щоб маятник здійснив повне коливання, відповідно зменшується частота, тобто за 1с тіло робить меншу кількість коливань.
Пружинний маятник являє собою тіло, причеплене до пружини, що може коливатися під дією сили пружності пружини.
Мал. 6 Пружинний маятник
Дію цього маятнику нам проілюструє
Відео №4 «Пружинний маятник»
Проведемо аналогічний опит і з цим маятником, тільки будемо збільшувати вагу кульки. Що ж буде відбуватися з періодом та частотою коливань цього маятника? Період коливань збільшиться, а частота зменшиться.
Тобто виходячи з цих опитів, ми можемо стверджувати, що період і частота коливань – величині взаємно зворотні.
А що ж називають математичним маятником?
Математичний маятник – це нитяний маятник, маса тіла якого набагато більше ниті, а нить набагато більша за розмірами, ніж тіло, при цьому тіло є матеріальною точкою, в нить невагома.
Використовуючи всі отримані сьогодні знання, давайте визначимо частоту і період коливань, якщо за 4 с маятник робить 8 коливань.
Частота буде дорівнювати 8/4= 2 Гц
Період коливань буде дорівнювати 4/8=0,5 с
Контролюючий блок 2
1. Що таке нитяний маятник?
2. Що таке пружинний маятник?
3. Як залежить частота та період коливань від довжини ниті нитяного маятника?
4. Як залежить частота та період коливань від ваги тіла пружинного маятника?
5. Що таке математичний маятник?
6. Визначте період та частоту коливань, якщо за 10с маятник робить 24 коливання.
Домашнє завдання
1. Зробити таблицю основних понять та формул, що характеризують коливальний рух (Одна колонка поняття, одиниці виміру, інша – формула).
2. Наведіть 10 прикладів коливальних рухів.
3. Вирішити задачу: Визначити період коливань, якщо за 6с маятник робить 30 коливань.
4. Вирішити задачу: визначити частоту коливань, якщо за 20с маятник робить 80 коливань.
Цікаво знати
В другій половині 19ст. відомий французький вчений Фуко побудував маятник, за допомогою якого можна переконатися, що Земля обертається. Це відбулося в Парижському Пантеоні. Під його куполом він підвісив металевий шар, вагою 28 кг з закріпленим на ньому вістрям на сталевій проволоці довжиною 67 м. Кріплення маятника дозволило його вільно коливатися у всіх напрямках. Під точкою кріплення було зроблено кругове огородження діаметром 6м, по краю огородження була насипана пісочна доріжка так, щоб маятник при своєму русі міг при її перетинання прочерчувати на піску відмітки. Період коливань маятника при такій довжині підвісу склав 16,4 секунд, при кожному коливання відхилення від попереднього перетину пісочної доріжки складало приблизно 3мм, за годину площина коливань маятника повернулася більш ніж на 11º по годинниковій стрілці, тобто приблизно за 32 години здійснила повний поворот та повернулося в попереднє положення.
Дію цього маятнику добре проілюструє
Відео №5 «Маятник Фуко»
Також за допомогою маятника обирають місце для закладення розвідувальної свердловини. Тяжіння важких мас збільшує силу тяжіння. Тому маятник, що знаходиться на земній поверхні над скупченням важких руд, коливається швидше, ніж в інших місцях.
Це один із багатьох прикладів корисного використання маятника.
Список літератури
1. Урок на тему: «Величины, характеризующие колебательные движения» Бахтина И.В., учитель физики, г. Новый Оскол, Белгородской обл., МОУ СОШ №3. 2. Урок на тему: «Колебания и волны. Звук» Журавлева М.Е., учитель физики, Василенко К.Н., учитель физики и информатики, МОУ Сещинская средняя школа. 3. Урок на тему: «Колебательные движения. Гармонические колебания. Энергия колебательного движения.» Демкин Н.П., учитель физики, Старошайговская средняя школа №1. 4. Урок на тему «Колебательное движение» Баданина И.В., учиталь физики, г.Ульяновск, МОУ Гимназия №79. 5. Громов С.В., Родина Н.А. Физика. Учебник для 8 класса общеоразовательных учреждений. – М., Просвещение, 2008.
Відредаговано та вислано Борисенко І.М.
Над уроком працювали
Бахтина І.В.
Журавлева М.Е.
Демкин Н.П
Борисенко І.М.
Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, а и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.
