Уравнения и графики механических гармонических колебаний задачи

I. Механика

Тестирование онлайн

Гармоническое колебание

Это периодическое колебание, при котором координата, скорость, ускорение, характеризующие движение, изменяются по закону синуса или косинуса.

График гармонического колебания

График устанавливает зависимость смещения тела со временем. Установим к пружинному маятнику карандаш, за маятником бумажную ленту, которая равномерно перемещается. Или математический маятник заставим оставлять след. На бумаге отобразится график движения.

Графиком гармонического колебания является синусоида (или косинусоида). По графику колебаний можно определить все характеристики колебательного движения.

Уравнение гармонического колебания

Уравнение гармонического колебания устанавливает зависимость координаты тела от времени

График косинуса в начальный момент имеет максимальное значение, а график синуса имеет в начальный момент нулевое значение. Если колебание начинаем исследовать из положения равновесия, то колебание будет повторять синусоиду. Если колебание начинаем рассматривать из положения максимального отклонения, то колебание опишет косинус. Или такое колебание можно описать формулой синуса с начальной фазой .

Изменение скорости и ускорения при гармоническом колебании

Не только координата тела изменяется со временем по закону синуса или косинуса. Но и такие величины, как сила, скорость и ускорение, тоже изменяются аналогично. Сила и ускорение максимальные, когда колеблющееся тело находится в крайних положениях, где смещение максимально, и равны нулю, когда тело проходит через положение равновесия. Скорость, наоборот, в крайних положениях равна нулю, а при прохождении телом положения равновесия — достигает максимального значения.

Если колебание описывать по закону косинуса

Если колебание описывать по закону синуса

Максимальные значения скорости и ускорения

Проанализировав уравнения зависимости v(t) и a(t), можно догадаться, что максимальные значения скорость и ускорение принимают в том случае, когда тригонометрический множитель равен 1 или -1. Определяются по формуле

Как получить зависимости v(t) и a(t)

Формулы зависимостей скорости от времени и ускорения от времени можно получить математически, зная зависимость координаты от времени. Аналогично равноускоренному движению, зависимость v(t) — это первая производная x(t). А зависимость a(t) — это вторая производная x(t).

При нахождении производной предполагаем, что переменной (то есть x в математике) является t, остальные физические величины воспринимаем как постоянные.

Колебания .

Колебания это повторяющиеся движения. \( T=\dfrac \)

\(T\) — период колебаний ( время за которое совершается одно колебание )

\(N\)- общее количество колебаний за все время

\( \nu \) — частота колебаний (количество колебаний за 1 секунду )

Частота колебаний измеряется в Герцах [Гц]

Лодка колеблется на водной ряби, причем за время \(t=11 \) секунд , она совершает \(N=10 \) колебаний . Найти период колебаний лодки.

Показать ответ Показать решение Видеорешение

Груз на шнуре ,раскачиваясь взад вперед ,совершает механические колебания , причем за время \(t=60 \) секунд , он совершает \(N=30 \) колебаний . Найти период колебаний груза.

Показать ответ Показать решение Видеорешение

Груз,подвешенный на пружине ,совершает механические колебания , причем за время \(t=5 \) секунд , он совершает \(N=25 \) колебаний . Найти частоту колебаний груза.

Показать ответ Показать решение Видеорешение

Курица машет крыльями ,(то есть крылья совершают колебательные движения) с периодом \(T=0,25\) секунды, сколько раз курица взмахнет крыльями за время \(t=10\) секунд?

Показать ответ Показать решение Видеорешение

Частота колебаний крыльев комара \( \nu=600 Гц \). Сколько взмахов крыльями сделает комар за \(t=5 \) секунд ?

Показать ответ Показать решение Видеорешение

\( N= \nu t = 600 Гц \cdot 5 c=3000 \)

Воробей летит за пшеном со скоростью \(v=5 м/с \). Расстояние преодолеваемое воробьем \(S=500м \). Частота колебаний крыльев воробья \( \; \nu=6 Гц \). Какое количество взмахов сделает воробей за весь путь?

Показать ответ Показать решение Видеорешение

Задачи на уравнения гармонических колебаний. (9 кл)

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Задачи на уравнения гармонических колебаний. (9 кл)

Задача 1. Напишите уравнения гармонических колебаний, если частота равна 0,5 Гц, а амплитуда 80 см.

Задача 2. Напишите уравнение гармонических колебаний, если за 1 мин совершается 60 колебаний. Амплитуда равна 8 см.

Задача 3. Напишите закон гармонических колебаний для точки, если амплитуда ее колебаний 5 см, а период колебаний 1 с.

Задача 4. Материальная точка совершает гармонические колебания, период которых 0,2 с, амплитуда 0,04 м, а начальная фаза . Запишите уравнение этих колебаний, если в начальный момент времени отклонение точки максимально.

Задача 5. Запишите закон движения материальной точки, если известно, что за промежуток времени 1 мин она совершила 90 колебаний с амплитудой 5 см, а в начальный момент времени (t ₀ =0) двигалась в положительном направлении оси Ох, и ее смещение составляло х ₀ =2 см.

Задача 6. По графику, приведенному на рисунке, найти амплитуду, период и частоту колебаний. Написать уравнение гармонических колебаний (используя cos).

Задача 7. По графику, приведенному на рисунке, найти амплитуду, период и частоту колебаний. Написать уравнение гармонических колебаний (используя sin).