W budowie
Prezentacja modułu

Moduł 12 — Sprawdzian III: tłumienie, rezonans i synteza ruchu drgającego — kurs Ruch drgający i fale (kurs podstawowy)

Moduł 12 kursu Ruch drgający i fale: najważniejsze pojęcia pierwszej części kursu (ruchu drgającego), 2 zadania ze wskazówkami i 6 pytań podsumowujących.

  • 45 min
  • 6 slajdów
  • Notatki nauczyciela: N
  • Strona modułu: otwórz
Plan · 45 min

Co dziś robimy

  1. 21 minWielkie podsumowanie: pojęcia, wzory i przykłady MODUŁ 12 · SPRAWDZIAN WIEDZY III · PODSUMOWANIE CZĘŚCI I
  2. 13 minCzęść 1b — zadanie integrujące (poziom C: pomiar, wykres i energia) Polecenie: Zmierzono, że huśtawka wykonuje 10 pełnych wahnięć w czasie $20\text{ s}$.
  3. 5 minPodsumowanie bilet wyjściowy i zadanie domowe
Zestawienie · atom 1 · ~12 min

Wielkie podsumowanie: pojęcia, wzory i przykłady

Ten moduł to wielkie podsumowanie pierwszej części kursu — ruchu drgającego. Zanim przejdziemy do fal mechanicznych, zbierzemy w jedną całość wszystkie prawa rządzące drganiem w jednym punkcie: od położenia równowagi…

Moduł i temat Definicje i wzory fizyczne Wielkości i jednostki Zastosowanie w życiu
01. Ruch drgający Ruch tam i z powrotem wokół położenia równowagi. Gdy cykle powtarzają się identycznie — ruch okresowy (model idealny); gdy opory ruchu zmniejszają amplitudę — drgania tłumione. Tor ruchu, cykl drgań Drgająca linijka na krawędzi stołu, szarpnięta struna gitary, huśtawka.
02. Amplituda, okres i częstotliwość Amplituda $A$ — maksymalne wychylenie z położenia równowagi.
Okres $T$ — czas 1 pełnego drgania: $T = t / n$.
Częstotliwość $f$ — liczba drgań na sekundę: $f = 1 / T$.
$A$ [m, cm]
$T$ [s]
$f$ [Hz = 1/s]
Pomiary stoperem czasu 10 wahnięć, dobór amplitudy drgań głośnika.
03. Faza i wykresy drgań Faza określa stan drgającego ciała w danej chwili. Dwa drgania mogą być zgodne w fazie (wspólne maksima) lub w przeciwfazie (przesunięte o pół okresu). $\Delta \varphi$, przesunięcie $\frac{T}{2}$ Synchronizacja tłoków w silniku spalinowym, redukcja hałasu w słuchawkach ANC.
05. Sprężyna i siła sprężystości Siła sprężystości jest siłą zwracającą — jest wprost proporcjonalna do wychylenia $x$ i zwrócona w stronę równowagi: $F = -k \cdot x$. $F$ [N]
$k$ [N/m]
$x$ [m]
Zawieszenie samochodu, amortyzatory rowerowe, siłomierz sprężynowy, trampolina.
06. Wahadło matematyczne Dla małych kątów okres zależy wyłącznie od długości liny $L$ oraz grawitacji $g$: $T = 2\pi\sqrt{L/g}$. Nie zależy od masy ciężarka ani amplitudy (izochronizm). $L$ [m]
$g \approx 9{,}81\text{ m/s}^2$
Zegar wahadłowy, metronom muzyczny, wahadło Foucaulta dowodzące obrotu Ziemi.
07. Dźwięk jako fala akustyczna Podłużna fala zagęszczeń i rozrzedzeń cząsteczek powietrza wywołana drganiami źródła. Wysokość zależy od częstotliwości $f$, a głośność od amplitudy $A$. Zakres słyszalny: 20 Hz – 20 000 Hz. $f$ [Hz]
prędkość $v \approx 340\text{ m/s}$
Instrumenty muzyczne, ludzki aparat mowy, ultradźwięki w USG i echolokacji nietoperzy.
09. Drgania tłumione Siły oporów ruchu (tarcie, opór powietrza) wykonują pracę ujemną, rozpraszając energię mechaniczną w ciepło. Amplituda maleje w czasie, natomiast okres $T$ pozostaje w przybliżeniu stały (przy słabym tłumieniu). To rzeczywisty ruch drgający — w odróżnieniu od idealnego ruchu okresowego z modułu 01. Obwiednia amplitudy $A(t)$ Amortyzatory olejowe w pojeździe, domykacze hydrauliczne w meblach, wygasanie echa w sali.
10. Rezonans mechaniczny Zjawisko maksymalnego wzrostu amplitudy drgań wymuszonych, gdy częstotliwość zewnętrznej siły wymuszającej zrównuje się z częstotliwością drgań własnych układu: $f_{\text{wym}} \approx f_0$. $f_{\text{wym}} = f_0$
$T_{\text{wym}} = T_0$
Rozhuśtywanie huśtawki w rytmie, pudło rezonansowe gitary, marsz krokiem swobodnym na moście.
11. Zasada zachowania energii W układzie drgającym bez strat całkowita energia mechaniczna jest stała: $E_m = E_k + E_p = \text{const}$. Przyjmując poziom zerowy energii potencjalnej w najniższym położeniu: w skrajnych punktach $E_k = 0$, $E_p = \text{max}$, a w najniższym położeniu $E_p = 0$, $E_k = \text{max}$. (Zero energii potencjalnej wynika z przyjętego poziomu odniesienia, a nie z samego faktu bycia w równowadze.) $E_k = \frac{m v^2}{2}$ [J]
$E_p = m g h$ [J]
Wahadło zegarowe, skoczek na bungee, huśtawka, rampa skateboardowa.
Ilustracja · atom 1 · ~9 min

Wielkie podsumowanie: pojęcia, wzory i przykłady

Kinematyka A, T, f, faza (01–04) Dynamika sprężyna, wahadło (05–08) Tłumienie opory ruchu, ciepło (09) Rezonans f_wym = f_0 (10) Energia Ek + Ep = Em (11–12) ✓
Kompletna struktura kursu: od opisu ruchu, przez siły i modele fizyczne, po zjawiska energetyczne i rezonansowe.
Atom 3 z 4 · ~13 min

Część 1b — zadanie integrujące (poziom C: pomiar, wykres i energia)

Nie liczy się do paska postępu. Połącz w nim trzy umiejętności z różnych modułów.

  • Polecenie: Zmierzono, że huśtawka wykonuje 10 pełnych wahnięć w czasie $20\text{ s}$.
  • Czujnik narysował wykres: szczyty co $2\text{ s}$, najwyższy punkt $4\text{ cm}$ nad środkiem.
  • Polecenie: Masz trzy układy: (1) huśtawkę na placu zabaw, (2) ciężarek wiszący na pionowej sprężynie, (3) napiętą strunę gitary.
  • Dla każdego napisz: co jest siłą przywracającą, od czego zależy okres — i której zależności NIE wolno przenieść na ten układ bez dodatkowych założeń.
Zamknięcie · ~9 min

Co zabrać z lekcji

  • MODUŁ 12 · SPRAWDZIAN WIEDZY III · PODSUMOWANIE CZĘŚCI I
  • Część 1 — zadania problemowe ze wskazówkami (poziom B: zastosowanie)
  • Polecenie: Zmierzono, że huśtawka wykonuje 10 pełnych wahnięć w czasie $20\text{ s}$.
  • Część 2 — wielki przekrojowy test wiedzy (poziom A: rozumienie)
Hyżyk· Moduł 12 — Sprawdzian III: tłumienie, rezonans i synteza ruc moduł 1 / 1