- Находить период, частоту и амплитуду колебаний
- Вычислять период математического маятника
- Связывать скорость, длину волны и частоту
- Объяснять распространение звука и решать задачи на эхо
Качели раскачиваются туда-сюда, струна гитары дрожит, волны Каспия набегают на берег, а твой голос долетает до другого конца комнаты. Все эти явления основаны на одной физической идее — колебаниях и волнах.
Механические колебания
Движение, которое повторяется через равные промежутки времени, называется колебанием. Его описывают три величины: амплитуда — наибольшее отклонение от положения равновесия; период (T) — время одного полного колебания; частота (ν) — число колебаний за одну секунду. Частоту измеряют в герцах (Гц): 1 Гц — одно колебание в секунду.
- Tпериод, в с
- nчисло колебаний за время t
ν — частота, в Гц
Небольшой груз на длинной лёгкой нити называют математическим маятником. При малых отклонениях его период не зависит ни от массы груза, ни от амплитуды — только от длины нити и от g.
- lдлина маятника, в м
- gускорение свободного падения, в м/с²
Найди период и частоту маятника длиной 1 м (g = 9,8 м/с²). Каким будет период маятника в 4 раза короче?
Показать решениеСкрыть решение
ν = 1 / T ≈ 0,5 Гц.
Если длина в 4 раза меньше, период меньше в √4 = 2 раза: T ≈ 1,0 с (l = 0,25 м).
Волны
Распространение колебаний в среде называется волной. Волна переносит энергию, но не переносит вещество: мяч на море не уплывает с волнами к берегу, а лишь качается вверх-вниз. Если частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, волна поперечная (например, на струне), если вдоль него — продольная (например, звук).
Расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися одинаково, например между соседними гребнями. За один период волна проходит расстояние, равное длине волны.
- vскорость распространения волны, в м/с
- λдлина волны, в м
Расстояние между соседними гребнями морских волн 4 м. Буй поднимается и опускается один раз за 2 с. Найди частоту и скорость волн.
Показать решениеСкрыть решение
ν = 1 / T = 1 / 2 с = 0,5 Гц.
v = λ · ν = 4 м · 0,5 Гц = 2 м/с.
Звук
Звук — продольная механическая волна, распространяющаяся в воздухе, жидкостях и твёрдых телах. Его создают колеблющиеся тела — голосовые связки, струны, диффузор динамика. В вакууме звук не распространяется: там нет частиц, передающих колебания. Человек слышит частоты примерно от 20 Гц до 20 000 Гц; ниже 20 Гц — инфразвук, выше 20 000 Гц — ультразвук.
| Среда | Примерная скорость звука |
|---|---|
| Воздух (20 °C) | 340 м/с |
| Вода | 1500 м/с |
| Сталь | 5000 м/с |
- Высота звука зависит от частоты: чем больше частота, тем выше звук.
- Громкость звука зависит от амплитуды: чем больше амплитуда, тем громче звук.
В горах Мурад кричит в сторону скалы и слышит эхо через 2 с. Как далеко находится скала? (Скорость звука 340 м/с)
Показать решениеСкрыть решение
Расстояние до скалы вдвое меньше: 680 / 2 = 340 м.
Главное
- Колебание описывают амплитуда, период T и частота ν = 1 / T, измеряемая в герцах (Гц).
- Период математического маятника T = 2π · √(l / g) не зависит от массы.
- Волна переносит энергию, а не вещество; v = λ · ν.
- Звук — продольная волна, в вакууме не распространяется; в воздухе его скорость ≈ 340 м/с.
- Человек слышит звуки частотой от 20 до 20 000 Гц.
Проверь себя
Вопросов: 10. Каждый правильный ответ приносит XP.