Физические явления, физика, статьи по физике.

Отражение волн. Изучим это явление на примере звуковых волн. Проделаем опыт. Присоединим громкоговоритель (динамик) к генератору звуковой частоты. Мы услышим жужаще-свистящий звук. Направим динамик так, как показано на рисунке. Рядом с громкоговорителем поставим микрофон, присоединенный к осциллографу. Он отметит, что микрофон воспринимает слабый звук.

Расположим теперь над громкоговорителем лист фанеры. Осциллограф сразу же покажет, что звук, доходящий до микрофона, стал заметно громче. Из опыта следует вывод, что звуковые волны способны отражаться от границы раздела воздуха и древесины.

Опыты с другими механическими волнами позволяют сформулировать обобщение: механические волны любого происхождения обладают способностью отражаться от границы раздела двух сред.

Преломление волн. При распространении механических волн можно наблюдать и явление преломления. Рассмотрим, например, морские волны, набегающие на прибрежную мель. Взгляните на рисунок. Серо-желтым цветом изображен песчаный берег, а голубым – глубокая часть моря. Между ними – песчаная мель.

Волны, бегущие по глубокой воде, распространяются в направлении красной стрелки. В месте набегания на мель волна преломляется: изменяет направление распространения. Поэтому синяя стрелка, указывающая новое направление распространения волны, расположена уже иначе.

Дифракция волн. Познакомимся с еще одним интересным физическим явлением, присущим только волнам. Оно называется дифракцией (лат. “дифрактус” – преломленный). Понаблюдаем за волнами на поверхности моря. Взгляните на рисунок:

Волны, бегущие к нам по морской глади, заслоняются большим камнем (слева). Но камень поменьше (справа) уже не является преградой для волн: они легко его огибают. Отклонение волн от прямолинейного распространения, то есть огибание ими препятствий, называется явлением дифракции.

Дифракция наиболее отчетливо проявляется, если длина набегающей волны больше размеров препятствия. Позади него волна распространяется так, как будто препятствия не было вовсе.

Интерференция волн. До сих пор мы рассматривали явления, связанные с распространением одной волны: отражение, преломление и дифракцию. Рассмотрим теперь взаимовлияние двух волн – явление интерференции (лат. “интер” – взаимно, “ферио” – ударяю).

Изучим это явление на опыте. К звуковому генератору присоединим два громкоговорителя, соединенные параллельно. Приемником звука будет микрофон, подключенный к осциллографу.

Начнем передвигать микрофон вправо, удаляя его от динамиков. Осциллограф покажет, что звук становится то слабее, то вновь усиливается. Вернем микрофон на среднюю линию между динамиками, а затем будем двигать его влево, опять-таки удаляя от динамиков. Мы снова обнаружим то ослабление, то усиление звука. Итак, в пространстве, где распространяются несколько волн, их интерференция приводит к возникновению областей с минимальным и максимальным значениями амплитуды колебаний.

No Comments »

Пытаясь понять явления окружающего мира, мы поневоле считаем что-то главным, а что-то – второстепенным, отбрасываем несущественные детали, то есть моделируем. Познакомимся с одной из физических моделей – математическим маятником. Взгляните на рисунок. Слева изображен кирпич, подвешенный к потолку на широкой ленте. Справа нарисован медный шарик, подвешенный на нити. Толкнув их рукой, мы заставим тела совершать колебания. Кирпич и шарик станут маятниками.

В этой теме мы изучаем колебания. Изучаем – значит ищем способы описания как самих колебаний, так и закономерностей их протекания. Удобен ли для этих целей “кирпичный” маятник? Наверное, нет. Во-первых потому, что он большой, и при его качаниях будет велика сила сопротивления воздуха. Во-вторых, лента прикреплена к потолку в двух точках. Из-за этого при качаниях маятника ее половины будут натягиваться неодинаково, и кирпич будет раскачиваться “зигзагами”. Медный шарик для изучения колебаний удобнее, но и его качания не идеальны. Поэтому и вводят модель.

Математическим маятником называют материальную точку, подвешенную на тонкой, невесомой и нерастяжимой нити. Например, камешек, подвешенный на нити длиной около метра, вполне можно принять за математический маятник.

Если на тело не действуют никакие другие тела, кроме нити и Земли, то маятник совершает свободные колебания. Период малых колебаний такого маятника можно вычислить по формуле в рамке справа. Вы видите, что период колебаний математического маятника в данном месте Земли не зависит от его массы, а определяется лишь длиной нити. При увеличении ее длины, например, в 4 раза, период колебаний маятника возрастет в 2 раза.

No Comments »

Колебательное движение чрезвычайно широко распространено в природе и технике. Колеблются деревья и волны на ветру, струны рояля и гитары, детали станков и двигателей. Биение сердца, дыхательные движения грудной клетки, шаги ног при ходьбе – все это тоже примеры колебательных движений.

Взгляните на рисунки. На них изображены два разных движения шарика. На верхнем рисунке синий шарик совершает колебания, а нижнем рисунке – обращение. Колебания и обращение – разновидности периодических движений. Отличительной особенностью колебания является обязательное наличие на траектории колеблющегося тела некоторого положения устойчивого равновесия. Например, движение качающегося на нити шарика можно назвать колебанием, так как его траектория проходит через положение устойчивого равновесия (отмечено серым кружком). Но движение того же шарика, обращающегося вокруг вертикальной линии, уже нельзя назвать колебанием, поскольку его траектория не проходит через точку устойчивого равновесия.

Аналогично обращениям, одной из характеристик колебаний является период колебаний – время, за которое колеблющееся тело совершит одно полное колебание (образно говоря, “туда” и “назад”). Величина, обратная периоду, называется частотой.

Единица измерения частоты колебаний – 1 герц (1 Гц = ¹/_с = с^-1). Механические колебания разной частоты наш организм воспринимает по-разному. Например, колебания воздуха с частотой 2 Гц наше тело чувствует как вибрацию (дрожание). Частоту 20 Гц наше тело уже не ощущает, зато ухо слышит ее как низкий “басистый” звук. Механические колебания с частотой в пределах 20 Гц – 20 кГц наш орган слуха (ухо) воспринимает как звук.

No Comments »

Колебания тел могут быть различными в зависимости от способа их возбуждения. Например, они могут быть редкими или частыми, иметь большой или маленький размах. Редкость или частость колебаний мы охарактеризовали физическими величинами период и частота колебаний. Познакомимся теперь с величиной амплитуда колебаний. Она введена для характеристики размаха колебаний.

Амплитудой колебаний называют модуль наибольшего смещения колеблющегося тела (материальной точки) от положения равновесия. Единица измерения амплитуды – 1 метр.

Вы помните, что движения можно описывать несколькими способами – словесным, табличным, графическим и формулами (§ 13.2). Выясним, как колебательное движение можно описать графически.

Проделаем опыт. Подвесим на нити воронку с песком, который сыплется вниз тонкой струйкой. Под воронкой положим длинную доску. Толкнув воронку, заставив ее качаться влево-вправо. Возьмемся за край доски и будем равномерно вытягивать ее из под воронки. На доске тот час же образуется волнистая песчаная линия, в математике называемая синусоидой.

Видоизменим опыт. При помощи скрепок прикрепим к воронке листок бумаги. Теперь при качаниях воронки атмосферный воздух будет оказывать бо’льшую помеху ее движению, и колебания воронки станут затухающими. В этом случае песочная линия будет выглядеть так, как показано на правом графике. Там видно, что амплитуда затухающих колебаний с течением времени уменьшается.

No Comments »