Рассмотрим колебания тяжелая на нитке или тяжелая на пружине. В приведенных примерах система осуществляла колебания около положения устойчивого равновесия. Почему же колебания возникают именно вблизи этого положения системы? Дело в том, что во время отклонения системы от положения устойчивого равновесия,
равнодействующая всех сил, приложенных к телу, стремится вернуть систему в положение равновесия. Эту равнодействующую так и называют - возвратно силой. Однако, вернувшись в состояние равновесия, система вследствие инерции «проскакивает» его. После этого снова возникает возвратно сила, направленная теперь в противоположную сторону. Так и возникают колебания. Чтобы колебания продолжались долгое время, необходимо, чтобы силы трения или силы сопротивления были очень маленькими.
Итак, для того, чтобы в системе происходили свободные колебания, необходимо выполнение двух условий:
• система должна находиться вблизи положения устойчивого равновесия;
• силы трения или силы сопротивления должны быть достаточно малыми
Амплитуда колебаний
Во время колебаний смещение тела от положения равновесия периодически меняется.
? Амплитуда колебаний - это физическая величина, характеризующая колебательное движение и равна максимальной расстояния, на которое отклоняется колеблющихся тело от своего положения равновесия.
Амплитуду колебаний обозначают символом А. Единица амплитуды колебаний в СИ - метр (м).
Амплитуда свободных колебаний определяется начальными условиями, т.е. тем начальным отклонением или толчком, которым грузы на нити или на пружине были приведены в движение.
Если груз на нити (или на пружине) оставить в покое, то через некоторое время амплитуда колебаний заметно уменьшится. Колебания, амплитуда которых с течением времени уменьшается, называются затухающими. Колебания, амплитуда которых со временем не меняется, называются незатухающими.
Вопрос к ученикам во время изложения нового материала
1. Какие тела образуют систему во время колебаний груза, висящего на нитке? Какова природа сил в случае взаимодействия этих тел?
2. Какие тела образуют систему во время колебаний груза, который находится на пружине? Какова природа сил в случае взаимодействия этих тел?
3. Равнодействующая которых сил играет роль возвратно силы во время колебаний груза, висящего:
а) на нитке?
б) на пружине?
4. Можно принимать за амплитуду размах колебаний?
5. Как рассчитать период колебаний?
Закрепление изученного материала
1. Тренируемся решать задачи
1. Можно назвать свободными колебания:
а) поплавка на волнах?
б) струны скрипки?
в) грузовика едет по ухабам?
г) иглы швейной машины?
д) отделов камертона?
2. Какие из перечисленных колебаний являются свободными:
а) колебания подвешенного на пружине тяжелая после случайного толчка;
б) колебания поверхности включенного динамика;
в) колебания подвешенного на нитке тяжелая (нить вывели из положения равновесия и отпустили)?
3. Тело за 10 с осуществило 50 колебаний. Чему равна период колебаний?
4. Во время колебаний грузик, подвешенный на нити, проходит через положение равновесия с интервалом 0,5 с. Чему равна период колебаний?
5. Поплавок колеблется на поверхности воды, за 3 с всплывает и ныряет в воду шесть раз. Вычислите период и частоту колебаний.
2. Контрольные вопросы
1. Приведите примеры свободных и вынужденных колебаний.
2. В каких случаях колебания невозможны?
3. Назовите свойства колебательной системы.
4. В чем принципиальное отличие колебательного движения от движения по кругу?
5. Какие величины, характеризующие колебательное движение, изменяются периодически?
6. В каких единицах измеряются период, частота и циклическая частота колебаний?
Что мы узнали на уроке
• Колебаниями называются физические процессы, точно или приблизительно повторяются через одинаковые интервалы времени.
• Механические колебания называются такие движения тел, во время которых через равные интервалы времени координаты тела в движении - скорость и ускорение - приобретают исходных значений.
• Свободные колебания - это колебания, происходящие в механической системе под действием внутренних сил системы после кратковременного воздействия какой-то внешней силы.
• Колебания, возникающие под действием внешних сил и изменяются с течением времени по величине и направлению, называются вынужденными.
• Условия существования свободных колебаний:
- Система должна находиться вблизи положения устойчивого равновесия;
- Силы трения или силы сопротивления должны быть достаточно малыми;
• Амплитуда колебаний - это физическая величина, характеризующая колебательное движение и равна максимальной расстояния, на которое отклоняется колеблющихся тело от своего положения равновесия.