3. Тема: «определение скорости звука методом резонанса».

I. 1. Что называется колебаниями? Гармонические колебания, их основные характеристики.

Колебания – движения или процессы, которые характеризуются определенной повторяемостью во времени.

Колебания называются свободными (или собственными), если они совершаются за счет первоначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воздействий на колебательную систему (систему, совершающую колебания). Простейшим типом колебаний являются гармонические колебания – колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону синуса (косинуса). Рассмотрение гармонических колебаний важно по двум причинам: 1) колебания, встречающиеся в природе и технике, часто имеют характер, близкий к гармоническому; 2) различные гармонические процессы (процессы, повторяющиеся через равные промежутки времени) можно представить как наложение гармонических колебаний. Гармонические колебания величины s описываются уравнением типа

(3.1)

где А – максимальное значение колеблющейся величины, называемое амплитудой колебания, ω₀ – круговая (циклическая) частота, φ₀ – начальная фаза колебания в момент времени t=0, (ω₀t + φ₀ ) – фаза колебания в момент времени t.

I. 2. Запишите уравнение гармонических колебаний, изобразите их график. Что называется фазой, амплитудой, периодом колебаний?

Пусть колебания какой-либо точки осуществляются вдоль оси Х, тогда уравнение гармонического колебания имеет вид

где - фаза колебания, она определяет значение колеблющейся величины в данный момент времени. Так как косинус изменяется в пределах от + 1 до – 1, то х может принимать значения от + А до – А.

Определенные состояния системы, совершающей гармонические колебания, повторяются через промежуток времени Т, называемый периодом колебания, за который фаза колебания получает приращение 2π,

Период измеряется в секундах.

Величина, обратная периоду колебаний, называется частотой, она показывает число колебаний за единицу времени

Частота измеряется в герцах

Амплитуда колебаний – наибольшее значение колеблющейся величины.

Рис. 3.1

I. 3. Что называется волновым процессом (волной)? Как распространяются волны? Основные свойства волн?

Процесс распространения колебаний в сплошной среде называется волновым процессом (или волной). При изучении распространения колебаний не учитывается дискретное (молекулярное) строение среды и среда рассматривается как сплошная, т.е. непрерывно распределенная в пространстве и обладающая упругими свойствами.

Колебания, возбужденные в какой – либо точке среды (твердой, жидкой или газообразной), распространяются в ней с конечной скоростью, зависящей от свойств среды, передаваясь от одной точки среды к другой. Чем дальше расположена частица среды от источника колебаний, тем позднее она начнет колебаться. Иначе говоря, фазы колебаний частиц среды и источника тем больше отличаются друг от друга, чем больше это расстояние. При распространении волны частицы среды не перемещаются вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояние колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества. Им также присущи дифракция, интерференция, дисперсия и т. д..