Самое важное в Главе 1

Периодическим называется движение, при котором характеризующие  его физические величины, через равные промежутки времени принимают одинаковые значения.                                                          

Колебательным называется движение (процесс), при котором любая характеризующая это движение (процесс) физическая величина поочередно изменяется то в одну, то в другую сторону от ее значения в положении устойчивого равновесия.

Уравнение гармонических колебаний:

.

Колебания, при которых зависимость координаты (смещения) тела от времени определяется соотношениями

 ,

называются гармоническими, а система, совершающая такие колебания, — гармонической колебательной системой. Зависимость координаты тела от времени  называется кинематическим законом движения.

Колебания тела являются гармоническими, если они происходят под действием возвращающей силы, проекция которой прямо пропорциональна смещению тела из положения равновесия и направленной к положению равновесия колеблющегося тела, т.е. .

Амплитуда колебаний A () — максимальное смещение  тела или системы тел из положения равновесия.

Период колебания T — время одного колебания:

 .

Частота колебаний  — число колебаний, совершаемых в единицу времени:

 .

Циклическая частота ω — число колебаний за промежуток времени  секунд:

.

Фаза колебаний φ=ωt+φ₀— (от греческого слова  (фазис) — появление, момент явления) — аргумент периодической функции, определяющий значение физической величины в любой момент времени t.

Начальная фаза φ₀ определяет состояние колебательной системы в начальный момент времени ().

Колебательная система, состоящая из тела массой m и невесомой пружины жесткостью k, соединяющей тело и опору, называется пружинным маятником. Его период колебаний:

.

Математическим маятником называется тело массой m , подвешенное на невесомой нерастяжимой нити длиной l, находящееся в поле силы тяжести. Период малых колебаний математического маятника определяется по формуле Гюйгенса:

Собственные (свободные) колебания — это колебания, происходящие в отсутствие внешних воздействий на систему. При отсутствии трения они происходят со строго определенной частотой, называемой частотой собственных колебаний системы.

Затухающими называются колебания, энергия которых уменьшается с течением времени.

Вынужденными называются колебания системы, вызываемые действием на нее периодических внешних сил.

Резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты ω, действующей на колебательную систему внешней силы, к собственной частоте ω₀ системы .

Механической волной называется процесс распространения колебаний в упругой среде, который сопровождается передачей энергии от одной точки  среды к другой.

Длина волны — расстояние, пройденное волной в среде за промежуток времени равный периоду колебаний частиц:

 .

Скорость распространения волны — это скорость распространения колебаний в упругой среде. Модуль скорости распространения волны:

  .

Волновая поверхность — это поверхность, все точки которой колеблются в одинаковых фазах, т. е. это поверхность равных фаз.

Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени , называется волновым фронтом.

Волна называется продольной, если колебания частиц среды происходят вдоль направления распространения волн.

Волна называется поперечной, если частицы среды колеблются в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны.

Упругие волны, вызывающие у человека слуховые ощущения, называются звуковыми волнами или просто звуком.

Основными физическими характеристиками звука являются интенсивность и спектральный состав (спектр). Основными физиологическими характеристиками звука являются громкость, высота и тембр.

Единицы основных величин механических колебаний и волн

Наименование	Обозначение	Единица	Выражение через основные единицы в СИ
Частота	ν	Герц (Гц)
Период	T	Секунда (с)
Циклическая (круговая) частота	ω	Радиан в секунду ()
Амплитуда	A	Метр (м)	м
Длина волны	λ	Метр (м)	м
Модуль скорости волны	v

Задания для самостоятельных исследований

1. Подготовьте интерактивную презентацию (флаер, плакат, реферат) о деятельности выдающихся физиков (Г. Галилей, Х. Гюйгенс).
2. Подготовьте интерактивные презентации на темы: «Применение ультразвуковых волн в медицине, технике, бытовых приборах», «Шум и его воздействие на человека», «Инфразвук — применение и борьба с ним».
3. Если наблюдать за уткой, плывущей в пруду (рис. 49, а), или с высоты за катером, плывущим по поверхности озера (рис. 49, б), то можно заметить волны, расходящиеся под некоторым углом к направлению движения утки (катера). Объясните это явление и определите, как зависит угол расхождения волн на воде от скорости утки (катера).

4. Частично наполните водой бокал, смочите водой палец и аккуратно водите им по краю бокала (рис. 50). Через некоторое время бокал начнет звенеть. Меняя уровень воды в бокале, можно добиться изменения высоты звука. Объясните данное явление и подберите уровни воды так, чтобы звучание бокала соответствовало музыкальным нотам. Можно ли сыграть на таких бокалах простейшую мелодию?

5. Если соединить донышки двух пластиковых стаканов (или консервных банок) натянутой нитью (рис. 51), то образуется так называемый «струнный телефон». Изучите зависимость интенсивности звука в «струнном телефоне» от длины нити и силы ее натяжения.

6. Явление реверберации звука возникает в замкнутом пространстве при его многократном отражении от поверхностей стен, в результате чего возникает большое количество эхо. Звук при этом медленно затухает по причине поглощения стенами и воздухом. Определите, как изменяется при этом интенсивность звука с течением времени.
7. В «шепчущих» галереях, представляющих собой здания круговой конструкции большого радиуса (рис. 51-1), шепот, производимый лицом к стене с одной стороны здания, отлично слышен на его противоположной стороне. Исследуйте и объясните это явление.

8. На грунтовых дорогах при движении автомобилей через некоторое время образуется хорошо заметная «гофрированная» поверхность в виде волн некоторой длины (рис. 51-2). Объясните это явление и определите, как происходит образование подобных поверхностей при движении автомобилей.

9. Если наполнить водой ванну или раковину, достать пробку и поместить пластиковый шарик над сливным отверстием (рис. 51-3), то со временем при вытекании воды шарик начнет колебаться. Опишите данное явление и экспериментально определите период таких колебаний шарика.

10. Если быстро вращать по окружности кусок веревки (например, нейлоновой) с небольшим грузиком, прикрепленным на ее конце (рис. 51-4), то возникает характерный звук. Изучите причины возникновения этих звуковых колебаний и установите, как их частота и амплитуда зависят от скорости вращения грузика.