7.3. Колебания. Волны
7.3.1. Пояснения к рабочей программе
При изучении этого раздела следует иметь в виду, что колебания различной физической природы описываются с единых математических позиций. Здесь надо четко уяснить такие понятия, как гармоническое колебание, фаза, разность фаз, амплитуда, частота, период колебаний (в контрольной работе это задачи 301-310 для механических колебаний и задачи 311-320 для электромагнитных колебаний).
Нужно уметь представить гармонические колебания в виде вектора и пользоваться графическим методом сложения колебаний, т.е. строить векторную диаграмму (задачи 321-330). Важно представлять себе, что периодические процессы иной формы, чем гармонические, могут быть представлены в виде суперпозиции одновременно совершающихся гармонических колебаний с различными частотами, амплитудами и начальными фазами.
Надо иметь в виду, что во всякой реальной колебательной системе есть сопротивления среды, т.е. колебания будут затухающими. Для характеристики затухания колебаний вводится коэффициент затухания и логарифмический декремент затухания (в контрольной работе это задачи 331-340).
Если колебания совершаются под действием внешней, периодически изменяющейся силы, то такие колебания называют вынужденными. Они будут незатухающими. Амплитуда вынужденных колебаний зависит от частоты вынуждающей силы. При приближении частоты вынужденных колебаний к частоте собственных колебаний амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Это явление называется резонансом (в контрольной работе это задачи 341-350).
При изучении темы «Волны» следует обратить внимание на картину мгновенного распределения смещений и скоростей частиц среды в бегущей волне. Здесь вводится понятие длины волны, скорости распространения волны, волнового числа (в контрольной работе это задачи 351-360).
Переходя к изучению электромагнитных волн нужно четко представлять, что электромагнитная волна – это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является электрический диполь. Если диполь совершает гармонические колебания, то он излучает монохроматическую волну.
7.3.2. Основные формулы
Уравнение
гармонических колебаний:
где х – смещение (отклонение) колеблющейся
величины от положения равновесия;
А – амплитуда;
– круговая (циклическая) частота;
t – время;
– начальная фаза;
(t+) – фаза.
Связь
между периодом и круговой частотой:
.
Частота:
.
Связь
круговой частоты с частотой:
.
Периоды собственных колебаний
пружинного
маятника:
,
где k – жесткость пружины;
математического
маятника:
,
где l – длина маятника,
g – ускорение свободного падения;
колебательного
контура:
,
где L – индуктивность контура,
С – емкость конденсатора.
Частота
собственных колебаний:
.