Коливальний рух

Розповідають учням, що, спостерігаючи за рухом Сонця та місяця, жителі Єгипту, Китаю створили сонячний годинник, навчилися визначати час: рік, місяць, добу та ін. Потім з’явився водяний годинник. Проте справжня революція в конструкції годинника відбулася після з’ясування властивостей ще одного із рухів – коливального.

Разом з учнями розглядають приклади ще одного періодичного руху – коливання. Демонструють коливання різних тіл (гиря на пружині, кулька на нитці, кукла-неваляшка, маятник метронома і ін.)

Означення: Періодичний рух тіла, за якого воно відхиляється то в один, то в другий бік відносно положення рівноваги, називають механічним коливаннями.

Далі демонструють коливання різної частоти і підводять учнів до розв’язання проблеми: якими ж характеристиками можна описати коливальні рухи?

Для розв’язання цієї проблеми використовують аналогію між рівномірним рухом по колу і коливаннями. На досліді спочатку показують, що тінь від кульки, що рухається по колу, здійснює коливальний рух:

Потім приводять у рух тіло, підвішане на пружині, розташоване поруч. Переконуються, що тіло на пружині здійснює такі ж коливання, що і тінь від кульки. Так як тіло і тінь від кульки здійснюють однакові рухи, роблять висновок: коливання тіла на пружині можуть бути описані такими ж величинами, що і рух по колу.

Коливання мають спільну рису з рівномірним рухом по колу: і обертання і коливання періодично повторюються.

Якщо тіло рухається по колу, то пройдений шлях дорівнює довжині дуги або довжині кола, при коливаннях тіло зміщується відносно положення рівноваги, тому: найбільше зміщення від положення рівноваги називається амплітудою коливань (А).

Як і при обертанні, коливання характеризується періодом: інтервал часу Т, протягом якого відбувається одне повне коливання.

Частотою коливань n називають кількість коливань за одиницю часу.

Всі коливання можна поділити на вільні і вимушені, затухаючі і незатухаючі. Записують означення цих коливань і наводять приклади.

Щоб дати відповідь на запитання від чого залежать основні характеристики коливального руху, повідомляють учням, що для цього зручно вивчити коливальні рухи на прикладі маятників.

Демонструють нитяний маятник, вказують, що його моделлю є «математичний маятник», дають означення і пропонують учням відповісти які характеристики математичного маятника (за означенням) не задовольняє кулька на нитці? (Кулька – не точкове тіло, а будь-яке реальна нитка розтягується і має певну вагу).

За допомогою дослідів досліджують чи залежить період коливань математичного маятника від амплітуди, маси тягарця та довжини нитки. Останню залежність бажано зобразити графічно:

Далі демонструють пружинний маятник і знову досліджують від чого залежить його період коливань.

Залежність періоду від маси тягарця зображують графічно:

На завершення демонструють запис коливань маятників:

Для закріплення матеріалу розв’язують задачі та пропонують підготувати короткі повідомлення на теми: «Маятник – не тільки в годиннику!», «Коливання у природі і техніці», «Як використовують коливання».

Після вивчення коливань досить легко переходять до формування уявлень про звук. Спочатку демонструють різні звуки з допомогою камертону, лінійки, струни, гучномовця і ін.

Ставлять запитання: завдяки чому виникає звук? Як він поширюється? Чому ми його чуємо?

Спостерігають за поведінкою тіл, що звучать. Виявляється, що джерелом звуків є тіло, що коливаються. Під час коливань тіло створює згущення та розрідження повітря, які поширюються у формі хвиль. Звукові хвилі можна тільки почути, а інші хвилі навіть побачити, наприклад, хвилі на поверхні води. Демонструють хвилі, які виникають у гумовому шнурі, пружині, причому, звертають увагу, що пружину можна коливати, створюючи ділянки згущення і розрідження між витками, а можна коливати у вертикальній площині (при цьому витки коливаються вгору – вниз, а хвиля поширюється вздовж пружини).

Означення: хвилі – це коливання, які поширюються у просторі з плином часу.

Хвилі є повздовжні (коли частинки середовища коливаються вздовж напрямку поширення хвилі) і поперечні (коли частинки, з яких складається тіло, коливаються у напрямі, перпендикулярному до напряму поширення хвилі). Отже, для того щоб механічна хвиля поширювалася, необхідне пружне середовище, тобто середовище, у якому частинки могли б здійснювати коливальний рух.

Під час поширення звуку в повітрі рух одних молекул передається іншим. Утворюються почергові згущення і розрідження повітря – виникає поздовжня звукова хвиля, або звук. Людина здатна сприймати звукові хвилі з частотою від 20 до 20000 Гц.

Для підтвердження умови поширення звуку демонструють звук від електричного дзвінка під ковпаком повітряного насоса за наявності повітря та при відкачуванні його.

Зіставляючи гучність звучання камертона з амплітудою його коливань, помічають, що гучніше звучить камертон, то більша амплітуда коливань його ніжок.

Демонстрація: вільний кінець лінійки затискають і надають їй коливального руху. Повторюють дослід, поступово укорочуючи вільний кінець. Спостерігають змінення висоти тону звучання.

Отже, висота тону залежить від частоти коливань.

Виявляється звук, як і світло, відбивається від перешкод.

Узагальнюють відомості про звук у вигляді схеми:

Пропонують учням дома виготовити «телефон» для передачі звуку на відстані до 30 м (з мотузки, натягнутої між двома консервними бляшанками).

Розділ V. Змістовий модуль 6

Дата добавления: 2014-01-13