Конспект по физике для 9 класса «Маятник. Характеристики колебательного движения». Что такое математический маятник. Что такое период и частота колебаний. Что такое амплитуда колебаний. Как выглядит график колебательного движения.
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Маятник. Характеристики
колебательного движения
Линейка, висящая на гвоздике, груз на верёвке, качели — всё это колебательные системы, подобные маятнику настенных часов. Любая из этих систем способна совершать свободные колебания около положения равновесия. У всех этих колебательных систем возвращающая сила возникает в результате действия силы тяжести.
ФИЗИЧЕСКИЙ МАЯТНИК
Колебательные системы, подобные грузу на верёвке или качелям, представляют собой физические тела разной формы и размеров, которые совершают колебания около точки подвеса или опоры. Такие системы называют физическими маятниками.
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ МАЯТНИК
Для изучения свойств колебательного движения обычно рассматривают простейшую систему — математический маятник (нитяной маятник). Это грузик малого размера, подвешенный на длинной тонкой нити. В математическом маятнике пренебрегают массой нити и считают нить нерастяжимой. Также считают, что масса математического маятника — это только масса грузика, а силы упругости действуют только со стороны нити. В данном случае колебательной системой является нить, подвешенное на ней тело, штатив, на котором нить закреплена, и Земля.
На покоящийся грузик, подвешенный на нити, действуют две силы: сила тяжести Fтяж и сила упругости Fynp, которые уравновешивают друг друга. Если отклонить маятник от положения равновесия, то силы тяжести и упругости будут направлены под углом друг к другу, а их равнодействующая F уже не будет равна нулю.
Действительно, равнодействующая сила равна векторной сумме всех сил, действующих на тело:
Так как складываемые векторы направлены не вдоль одной прямой, их сумму можно найти по правилу параллелограмма. Под действием силы F маятник начнёт двигаться к положению равновесия. По инерции груз пройдёт положение равновесия и отклонится от него в другую сторону. Дойдя до своего крайнего положения, маятник под действием равнодействующей сил начнёт вновь двигаться к положению равновесия. Пройдя его, он опять отклонится. Далее процесс будет повторяться.
ПЕРИОД КОЛЕБАНИЙ
При колебательном движении все положения колеблющегося тела периодически повторяются. Время, за которое совершается одно полное колебание, называют периодом колебаний.
Обозначается период колебаний буквой Т ив СИ измеряется в секундах. На практике период колебаний можно измерить при помощи часов или секундомера.
ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ
Аналогично периоду и частоте обращения тела по окружности колебательное движение характеризуется не только периодом, но и частотой. Частота колебаний — это число колебаний в единицу времени. Обозначается частота колебаний греческой буквой ν.
Если период колебаний маятника Т = 0,2 с, то это означает, что продолжительность одного полного колебания такого маятника 2/10 или 1/5 с. Тогда за секунду такой маятник совершит пять колебаний, т. е. 
Таким образом, частота колебаний является величиной, обратной периоду колебаний.
Единицей частоты колебаний является одно колебание в секунду, т. е. 1/с, или с–1. Эта единица называется герцем (Гц) в честь немецкого учёного Генриха Герца: 1 Гц = 1 с–1.
1 Гц — это частота таких колебаний, при которых за 1 с совершается одно полное колебание.
АМПЛИТУДА КОЛЕБАНИЙ
Ещё одной характеристикой колебательного движения является амплитуда колебаний — наибольшее по модулю смещение тела от положения равновесия.
Обозначается амплитуда колебаний буквой А и измеряется в единицах длины — метрах, сантиметрах и т. д. Зависит амплитуда колебаний от того первоначального толчка или отклонения, при помощи которого маятник был приведён в движение. Для математического маятника в качестве амплитуды надо взять либо длину дуги ОА, либо длину отрезка ОА, либо длину отрезка АС (половина хорды ВА). Дело в том, что для малых амплитуд эти длины практически совпадают.
ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ
Если в качестве математического маятника использовать воронку с песком или красящей жидкостью, а под колеблющимся маятником равномерно перемещать бумажную ленту, на ней останется характерный след. Вычерченная на ленте за некоторый промежуток времени кривая будет выглядеть так, как показано на рисунке.
Амплитуде колебаний здесь будет соответствовать расстояние а, которое показывает наибольшее отклонение кривой от прямой d, соответствующей состоянию равновесия маятника. Расстояние b соответствует расстоянию, на которое переместится бумажная лента за время, равное периоду колебаний воронки.
Генрих Рудольф Герц (1857—1894) — выдающийся немецкий физик. Его работы сыграли огромную роль в развитии науки и техники и положили начало изобретению беспроволочного телеграфа, радио и телевидения.
Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Маятник. Характеристики колебательного движения».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).